Question

甲醇是一種可再生能源，具有開發(fā)和應(yīng)用的廣闊前景，工業(yè)上一般可采用如下反應(yīng)來合成甲醇：CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）．
（1）下列各項中，不能夠說明該反應(yīng)已達(dá)到平衡的是

 

（填序號）．
a．恒溫、恒容條件下，容器內(nèi)的壓強(qiáng)不發(fā)生變化
b．一定條件下，CH₃OH分解的速率和CH₃OH生成的速率相等
c．一定條件下，CO、H₂和CH₃OH的濃度保持不變
d．一定條件下，單位時間內(nèi)消耗2mol CO，同時生成1mol CH₃OH
（2）圖1是該反應(yīng)在不同溫度下CO的轉(zhuǎn)化率隨時間變化的曲線．
①該反應(yīng)的焓變△H

 

0（填“＞”、“＜”或“=”）．
②T₁和T₂溫度下的平衡常數(shù)大小關(guān)系是K₁

 

K₂（填“＞”、“＜”或“=”）．
（3）已知在常溫常壓下：
①2CH₃OH（l）+3O₂（g）═2CO₂+4H₂O（g）△H=-a kJ?mol^-1
②2CO（g）+O₂（g）═2CO₂（g）△H=-b kJ?mol^-1
③H₂O（g）═H₂O（l）△H=-c kJ?mol-1
則CH₃OH（l）+O₂（g）═CO（g）+2H₂O（l）△H=

 

kJ?mol^-1．（用含a、b、c的表達(dá)式表示）
（4）2009年10月，中國科學(xué)院長春應(yīng)用化學(xué)研究所在甲醇燃料電池技術(shù)方面獲得新突破，組裝出了自呼吸電池及主動式電堆．甲醇燃料電池的工作原理如圖2所示．
①該電池工作時，b口通入的物質(zhì)為

 

，c口通入的物質(zhì)為

 

．（填“甲醇”或“空氣”）
②該電池正極的電極反應(yīng)式為：

 

．

Answer 1

考點：化學(xué)平衡狀態(tài)的判斷,用蓋斯定律進(jìn)行有關(guān)反應(yīng)熱的計算,原電池和電解池的工作原理,化學(xué)平衡常數(shù)的含義

專題：

分析：（1）化學(xué)反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)時，正逆反應(yīng)速率相等，各物質(zhì)的濃度不再改變，由此衍生的一些物理量不變，以此進(jìn)行判斷；
（2）根據(jù)先拐先平數(shù)值大原則，由圖1可知，溫度T₁＜T₂，平衡時，溫度越高CO的轉(zhuǎn)化率越小，說明升高溫度，平衡向逆反應(yīng)移動，升高溫度平衡向吸熱反應(yīng)移動，據(jù)此判斷反應(yīng)熱，K₁與K₂關(guān)系；
（3）據(jù)已知熱化學(xué)方程式，利用蓋斯定律解答；
（4）在甲醇燃料電池中，燃料甲醇作負(fù)極，發(fā)生失電子的氧化反應(yīng)，氧氣作正極，發(fā)生得電子的還原反應(yīng)，根據(jù)電極反應(yīng)以及電子守恒來計算轉(zhuǎn)移電子的量．

解答： 解：（1）a．反應(yīng)前后氣體的體積不等，恒溫、恒容條件下，容器內(nèi)的壓強(qiáng)不發(fā)生變化，可說明達(dá)到平衡狀態(tài)，故a正確；
b．定條件下，CH₃OH分解的速率和CH₃OH生成的速率相等，可說明正逆反應(yīng)速率相等，達(dá)到平衡狀態(tài)，故b正確；
c．一定條件下，CO、H₂和CH₃OH的濃度保持不變，說明達(dá)到平衡狀態(tài)，故c正確；
d．一定條件下，單位時間內(nèi)消耗2molCO，同時生成1molCH₃OH，不符合轉(zhuǎn)化關(guān)系，不能說明達(dá)到平衡狀態(tài)，故d錯誤；
故答案為：d；
（2）①由圖1可知，溫度T₁＜T₂，平衡時，溫度越高CO的轉(zhuǎn)化率越小，說明升高溫度，平衡向逆反應(yīng)移動，升高溫度平衡向吸熱反應(yīng)移動，故該反應(yīng)正反應(yīng)為放熱反應(yīng)，則△H＜0，
②升高溫度，平衡向逆反應(yīng)移動，所以K₁＞K₂，
故答案為：①＜；②＞；
（3）已知：
①2CH₃OH（l）+3O₂（g）═2CO₂+4H₂O（g）△H=-a kJ?mol^-1
②2CO（g）+O₂（g）═2CO₂（g）△H=-b kJ?mol^-1
③H₂O（g）═H₂O（l）△H=-c kJ?mol-1
據(jù)蓋斯定律，（①-②+4×③）÷2得：CH₃OH（l）+O₂（g）═CO（g）+2H₂O（l）△H=

b-a-4c

2

kJ?mol^-1，故答案為：

b-a-4c

2

；
（4）①在甲醇燃料電池中，燃料甲醇作負(fù)極，氧氣作正極，電解質(zhì)中的陽離子移向正極，所以c口通入的物質(zhì)為氧氣，b口通入的物質(zhì)為甲醇，故答案為：甲醇；空氣；
②該電池正極是氧氣發(fā)生得電子的還原反應(yīng)，電極反應(yīng)式為：O₂+4e^-+4H⁺=2H₂O，故答案為：O₂+4e^-+4H⁺=2H₂O．

點評：本題考查較為綜合，涉及平衡常數(shù)的計算、平衡狀態(tài)的判斷以及外界條件對平衡移動的影響、燃料電池等問題，題目難度中等，本題注意把握計算方法以及平衡常數(shù)的運用．