Question

20．隨著環(huán)保意識的增強，清潔能源越來越受人們關(guān)注．
（1）氫能在二十一世紀有可能在世界能源舞臺上成為一種舉足輕重的二次能源．
①硫-碘循環(huán)分解水制氫主要涉及下列反應(yīng)：
I．SO₂+2H₂O+I₂═H₂SO₄+2HIⅡ．2HI?H₂+I₂Ⅲ．2H₂SO₄═2SO₂+O₂+2H₂O
分析上述反應(yīng)，下列判斷正確的是c（填序號，下同）．
a．反應(yīng)Ⅲ易在常溫下進行         b．反應(yīng)I中SO₂氧化性比HI強
c．循環(huán)過程中需補充H₂O          d．循環(huán)過程中產(chǎn)生l mol O₂的同時產(chǎn)生1mol H₂
②利用甲烷與水反應(yīng)制備氫氣，因原料價廉產(chǎn)氫率高，具有實用推廣價值，已知該反應(yīng)為：CH₄（g）+H₂O（g）═CO（g）+3H₂（g）△H=+206.1kJ•mol^-1
若800℃時，反應(yīng)的平衡常數(shù)K₁=1.0，某時刻測得該溫度下，密閉容器中各物質(zhì)的物質(zhì)的量濃度分別為：c（CH₄）=3.0mol•L^-1；c（H₂O）=8.5mol•L^-1；c（CO）=2.0mol•L^-1；c（H₂）=2.0mol•L^-1，則此時正逆反應(yīng)速率的關(guān)系是v_正＞v_逆．（填“＞”、“＜”或“=”）
（2）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）
分析該反應(yīng)并回答下列問題：
①下列各項中，不能說明該反應(yīng)已達到平衡的是d．
a．恒溫、恒容條件下，容器內(nèi)的壓強不發(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1mol CO，同時生成l mol CH₃OH
②如圖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．
T₁和T₂溫度下的平衡常數(shù)大小關(guān)系是K₁＞ K₂．（填“＞”、“＜”或“=”）
③已知甲醇燃料電池的工作原理如圖2所示．
該電池工作時，b口通入的物質(zhì)為CH₃OH，該電池正極的電極反應(yīng)式為：O₂+4H⁺+4e^-=2H₂O，工作一段時間后，當6.4g甲醇（CH₃OH）完全反應(yīng)生成CO₂時，有1.2mol電子發(fā)生轉(zhuǎn)移．

Answer 1

分析 （1）①a．硫酸常溫下穩(wěn)定，不易分解；
b．反應(yīng)中二氧化硫表現(xiàn)還原性，還原性比HI強；
c．1molSO₂消耗2molH₂O生成1molH₂SO₄，1molH₂SO₄分解生成1molSO₂與1molH₂O；
d．由Ⅲ可知產(chǎn)生lmolO₂的同時產(chǎn)生2molSO₂，由I可知2molSO₂生成4molHI，由Ⅱ可知4molHI分解生成2mol H₂；
②計算該濃度下的溶度積Qc，與平衡常數(shù)k=1比較，若Qc=1，處于平衡狀態(tài)，若Qc＞1，平衡向逆反應(yīng)移動，若Qc＜1，向正反應(yīng)移動；
（2）①a．恒溫、恒容條件下，隨反應(yīng)進行反應(yīng)混合物的物質(zhì)的量減小，體系壓強減小，容器內(nèi)的壓強不發(fā)生變化，說明到達平衡；
b．CH₃OH分解的速率和CH₃OH生成的速率相等，正逆反應(yīng)速率相等，反應(yīng)達平衡狀態(tài)；
c．各物質(zhì)的濃度不變，說明到達平衡狀態(tài)；
d．單位時間內(nèi)消耗1mol CO，同時生成l mol CH₃OH，都表示正反應(yīng)速率，自始至終都按1：1進行；
②溫度越高反應(yīng)速率越快，到達平衡時間越短，故T₁＜T₂，溫度越高CO的轉(zhuǎn)化率越小，升高溫度平衡向逆反應(yīng)移動；
③由質(zhì)子的定向移動可知左側(cè)電極為燃料電池的負極，右側(cè)電極為燃料電池的正極，負極發(fā)生氧化反應(yīng)，甲醇在負極放電，正極反應(yīng)還原反應(yīng)，氧氣在正極獲得電子，與通過質(zhì)子交換膜的氫離子結(jié)合生成水，負極電極反應(yīng)式為：CH₃OH（l）+H₂O（l）-6e^-=CO₂（g）+6H⁺，正極反應(yīng)式為O₂+4e^-+4H⁺=2H₂O，6.4g甲醇（CH₃OH）的物質(zhì)的量為$\frac{6.4g}{32g/mol}$=0.2mol，根據(jù)電極反應(yīng)式計算轉(zhuǎn)移電子的物質(zhì)的量．

解答 解：（1）①a．硫酸常溫下穩(wěn)定，不易分解，故a錯誤；
b．反應(yīng)中二氧化硫表現(xiàn)還原性，還原性比HI強，故b錯誤；
c．1molSO₂消耗2molH₂O生成1molH₂SO₄，1molH₂SO₄分解生成1molSO₂與1molH₂O，循環(huán)中水的量減少，故應(yīng)補充水，故c正確；
d．由Ⅲ可知產(chǎn)生lmolO₂的同時產(chǎn)生2molSO₂，由I可知2molSO₂生成4molHI，由Ⅱ可知4molHI分解生成2mol H₂，即循環(huán)過程中產(chǎn)生l mol O₂的同時產(chǎn)生2mol H₂，故d錯誤；
故選：c；
②濃度商Qc=$\frac{{2}^{3}×2}{3×8.5}$=0.6＜1，所以平衡向正反應(yīng)移動，即v_正＞v_逆，故答案為：＞；
（2）a．恒溫、恒容條件下，隨反應(yīng)進行反應(yīng)混合物的物質(zhì)的量減小，體系壓強減小，容器內(nèi)的壓強不發(fā)生變化，說明到達平衡，故a正確；
b．CH₃OH分解的速率和CH₃OH生成的速率相等，正逆反應(yīng)速率相等，反應(yīng)達平衡狀態(tài)，故b正確；
c．CO、H₂和CH₃OH的濃度保持不變，說明到達平衡狀態(tài)，故c正確；
d．單位時間內(nèi)消耗1mol CO，同時生成l mol CH₃OH，都表示正反應(yīng)速率，自始至終都按1：1進行，故d錯誤，
故選：d；
②溫度越高反應(yīng)速率越快，到達平衡時間越短，故T₁＜T₂，溫度越高CO的轉(zhuǎn)化率越小，升高溫度平衡向逆反應(yīng)移動，溫度平衡常數(shù)降低，溫度越高平衡常數(shù)越小，即K₁＞K₂，
故答案為：＞；
③由質(zhì)子的定向移動可知左側(cè)電極為燃料電池的負極，右側(cè)電極為燃料電池的正極，負極發(fā)生氧化反應(yīng)，甲醇在負極放電，故b通入CH₃OH；正極反應(yīng)還原反應(yīng)，氧氣在正極放電，正極反應(yīng)式為O₂+4e^-+4H⁺=2H₂O；6.4g甲醇（CH₃OH）的物質(zhì)的量為$\frac{6.4g}{32g/mol}$=0.2mol，由負極電極反應(yīng)式為CH₃OH+H₂O-6e^-=CO₂+6H⁺可知轉(zhuǎn)移電子的物質(zhì)的量為0.2mol×6=1.2mol，
故答案為：CH₃OH；O₂+4e^-+4H⁺=2H₂O；1.2．

點評 本題考查化學平衡狀態(tài)判斷、平衡影響因素、化學平衡常數(shù)應(yīng)用、原電池等，綜合性較大，難度中等，是對知識的綜合利用，加強對基礎(chǔ)知識理解掌握．