Question

（一）恒溫恒容下，將2mol A氣體和2mol B氣體通入體積為2L的密閉容器中發(fā)生如下反應(yīng)：2A（g）+B（g）?xC（g）+2D（s），2min時反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)，此時剩余1.2mol B，并測得C的濃度為1.2mol?L^-1．
（1）從開始反應(yīng)至達(dá)到平衡狀態(tài)，生成C的平均反應(yīng)速率為

 

．
（2）x=

 

．
（3）下列各項可作為該反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)的標(biāo)志的是

 

．
A．壓強不再變化     B．氣體密度不再變化
C．A的消耗速率與B的消耗速率之比為2：1   D．A的百分含量保持不變
（二）能源短缺是人類社會面臨的重大問題．甲醇是一種可再生能源，具有廣泛的開發(fā)和應(yīng)用前景．
（1）工業(yè)上合成甲醇的反應(yīng)原理為：CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）△H，
下表所列數(shù)據(jù)是該反應(yīng)在不同溫度下的化學(xué)平衡常數(shù)（K）．

溫度	250℃	300℃	350℃
K	2.041	0.270	0.012

①根據(jù)表中數(shù)據(jù)可判斷△H

 

0 （填“＞”、“=”或“＜”），此反應(yīng)

 

（填“較高”或“較低”）溫度下有利于該反應(yīng)自發(fā)進(jìn)行．
②在300℃時，將2mol CO、3mol H₂和2mol CH₃OH充入容積為1L的密閉容器中，此時反應(yīng)將

 

．
A．向正方向移動 B．向逆方向移動  C．處于平衡狀態(tài) D．無法判斷
③為了尋找合成甲醇的溫度和壓強的適宜條件，某同學(xué)設(shè)計了三組實驗，部分實驗條件已經(jīng)填在下面實驗設(shè)計的表中：

實驗編號	T（℃）	n(CO) n(H2)	P（MPa）
i	150	1 3	0.1
ii	A	B	D
iii	350	C	5

請完成此實驗條件A：

 

，D：

 

．
（2）甲醇-空氣燃料電池（DMFC）是一種高效能、輕污染的車載電池，其工作原理如圖：

①b電極為

 

極，a電極的電極反應(yīng)式為：

 

．
②當(dāng)電池消耗22.4L O₂（標(biāo)況下）時，消耗的甲醇的質(zhì)量為

 

．

Answer 1

考點：化學(xué)平衡的計算,化學(xué)電源新型電池,化學(xué)平衡常數(shù)的含義,化學(xué)平衡狀態(tài)的判斷

專題：化學(xué)平衡專題,電化學(xué)專題

分析：（一）結(jié)合物質(zhì)的反應(yīng)物質(zhì)的量之比等于化學(xué)方程式計量數(shù)之比確定X，根據(jù)化學(xué)反應(yīng)速率概念計算V=

△c

△t

；利用平衡的特征“等、定”及由此衍生的物理量來判斷平衡，注意選擇的物理量應(yīng)隨反應(yīng)進(jìn)行發(fā)生變化，該物理量由變化到不變化，說明得到平衡；
（二）（1）①由表中數(shù)據(jù)可知，溫度越高，平衡常數(shù)越小，說明升高溫度平衡向逆反應(yīng)移動，依據(jù)反應(yīng)自發(fā)進(jìn)行的判斷依據(jù)分析；
②計算此時的濃度商Qc，與平衡常數(shù)比較，判斷反應(yīng)進(jìn)行的方向；
③該同學(xué)通過“控制變量法”探究外界條件對化學(xué)平衡的影響，探究的前提只能是改變一個條件，而其它條件不變，據(jù)此解答；
（2）由質(zhì)子的定向移動可知甲為燃料電池的負(fù)極，乙為燃料電池的正極，負(fù)極電極反應(yīng)式為CH₃OH（l）+H₂O（l）-6e^-=CO₂（g）+6H⁺，正極反應(yīng)式為O₂+4e^-+4H⁺=2H₂O，依據(jù)電極反應(yīng)和電子守恒計算甲醇質(zhì)量．

解答： 解：（一）（1）2min達(dá)到平衡，C的濃度為1.2mol/L，由v=

△c

△t

=

1.2mol/L

2min

=0.6mol/（L．min），故答案為：0.6mol/（L．min）；
（2）2min時反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)，此時剩余1.2mol B，則B的反應(yīng)速率為

0.8mol 2L

2min

=0.2mol/（L．min），由反應(yīng)速率之比等于化學(xué)計量數(shù)之比，故1：x=0.2：0.6，則x=3，故答案為：3；
（3）2A（g）+B（g）

△   .

3C（g）+2D（s），反應(yīng)是氣體體積不變的反應(yīng)；
A．該反應(yīng)中壓強始終不變，不能判斷平衡，故A錯誤；
B．因氣體的質(zhì)量在變化，氣體密度不再變化，說明達(dá)到平衡，故B正確；
C．A的消耗速率與B的消耗速率之比為2：1，均為正反應(yīng)速率，關(guān)系始終存在，不能判斷平衡，故C錯誤；
D．A的百分含量保持不變，說明達(dá)到平衡，故D正確；
故答案為：BD；
（二）（1）①由表中數(shù)據(jù)可知，溫度越高，平衡常數(shù)越小，說明升高溫度平衡向逆反應(yīng)移動，故正反應(yīng)為放熱反應(yīng)，即△H＜0，CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g），反應(yīng)△H＜0，△S＜0，依據(jù)反應(yīng)自發(fā)進(jìn)行，△H-T△S＜0分析，低溫下反應(yīng)自發(fā)進(jìn)行；
故答案為：＜；較低；
②、將2mol CO、3mol H₂和2mol CH₃OH充入容積為1L的密閉容器中，此時的濃度商Qc=

2

2×32

=

1

9

，小于0.27，故反應(yīng)向正反應(yīng)進(jìn)行；
故答案為：A；
③通過“控制變量法”探究外界條件對化學(xué)平衡的影響，探究的前提只能是改變一個條件，而其它條件不變，由此可得：Ⅱ中溫度A為150℃，n （CO）/n（H₂）B為

1

3

，D為5，Ⅲ中n （CO）/n（H₂）C為

1

3

；
故答案為：150℃；5；
（2）①解答：原電池工作時，陽離子移向原電池的正極，負(fù)極甲醇失電子被氧化，電極方程式為CH₃OH+H₂O-6e^-=CO₂+6H⁺，甲為燃料電池的負(fù)極，乙為燃料電池的正極，正極反應(yīng)式為O₂+4e^-+4H⁺=2H₂O，圖中b、c分別是甲醇、O₂；
故答案為：負(fù)，CH₃OH+H₂O-6e^-=CO₂+6H⁺；
②當(dāng)電池消耗22.4L O₂（標(biāo)況下）時物質(zhì)的量1mol，依據(jù)電極反應(yīng)，CH₃OH+H₂O-6e^-=CO₂+6H⁺，O₂+4e^-+4H⁺=2H₂O，電子守恒計算得到，反應(yīng)的定量關(guān)系，2CH₃OH（l）～3O₂，耗的甲醇的質(zhì)量=

2

3

mol×32g/mol=21.3g，
故答案為：21.3g．

點評：本題考查反應(yīng)速率、化學(xué)平衡常數(shù)的有關(guān)計算，原電池原理分析，化學(xué)平衡的影響因素等，難度中等，注意通過“控制變量法”探究外界條件對化學(xué)平衡的影響，題目難度中等．