Question

化學(xué)反應(yīng)原理在科研和生產(chǎn)中有廣泛應(yīng)用．
I、如圖裝置所示，A、B中的電極為多孔的惰性電極；C、D為夾在浸有Na₂SO₄溶液的濾紙條上的鉑夾；電源有AB兩極．若A、B中充滿KOH溶液后倒立于KOH溶液的水槽中．切斷K₁，閉合K₂、K₃通直流電．回答下列問題：
（l）a是電源的

 

極，寫出A中的電極反應(yīng)式為

 

．
（2）濕的NaSO₄濾紙條上能觀察到的現(xiàn)象有

 

．（3）電解一段時(shí)間后，A、B中均有氣體包圍電極，若此時(shí)切斷K₂、K₃，閉合K₁，發(fā)現(xiàn)電流表的指針移動(dòng)，寫出此時(shí)B中的電極反應(yīng)式為

 

．
II、甲醇是一種可再生能源，具有廣泛的開發(fā)和應(yīng)用前景．工業(yè)上一般采用下列反應(yīng)合成甲醇：CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）△H，如表所列數(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

請(qǐng)回答下列問題：
（4）由表中數(shù)據(jù)判斷△H

 

0（填“＞”、“＜”或“=”）．
（5）其他條件不變，只改變其中一個(gè)條件，下列措施可提高甲醇產(chǎn)率的是

 

．
A．上升高溫度 B．使用合適的催化劑 C．縮小容器的容積 D．充入過量的H₂ E．恒壓時(shí)，充入He F．從體系中分離出CH₃OH
（6）某溫度下，將2mol CO和6mol H₂充入2L密閉容器中，反應(yīng)進(jìn)行到4min末達(dá)到平衡，此時(shí)測(cè)得c（CO）=0.2mol/L，則0-4min內(nèi)H₂的反應(yīng)速率為

 

；若保持溫度容積不變?cè)傧蚱渲谐淙胍欢�量的CH₃OH，重新達(dá)到化學(xué)平衡狀態(tài)，與原平衡狀態(tài)相比，此時(shí)平衡混合氣體中CH₃OH的體積分?jǐn)?shù)

 

（填“變大”、“變小”、或“不變”）．

Answer 1

考點(diǎn)：電解原理,反應(yīng)熱和焓變,化學(xué)平衡的影響因素,化學(xué)平衡的計(jì)算

專題：化學(xué)反應(yīng)中的能量變化,化學(xué)平衡專題,電化學(xué)專題

分析：（1）根據(jù)原電池的構(gòu)成條件判斷，A、B兩電極得到的氣體體積判斷電極名稱，從而確定電源a、b電極名稱；
（2）先判斷C、D 的電極名稱，判斷電解時(shí)溶液中離子的移動(dòng)方向；
（3）根據(jù)離子的放電順序書寫電極反應(yīng)式；
（4）反應(yīng)Ⅱ在不同溫度下的化學(xué)平衡常數(shù)隨溫度變化判斷平衡移動(dòng)方向，結(jié)合平衡移動(dòng)規(guī)律分析反應(yīng)熱量變化；
（5）依據(jù)平衡移動(dòng)影響因素結(jié)合產(chǎn)率的計(jì)算概念分析判斷，正向進(jìn)行可以提高甲醇的產(chǎn)率；
（6）依據(jù)化學(xué)平衡三段式列式計(jì)算，根據(jù)反應(yīng)速率概念計(jì)算，依據(jù)平衡影響因素分析判斷．

解答： 解：（1）切斷K₁，合閉K₂、K₃通直流電，電極A、B及氫氧化鉀溶液構(gòu)成電解池，根據(jù)離子的放電順序，溶液中氫離子、氫氧根離子放電，分別生成氫氣和氧氣，氫氣和氧氣的體積比為2：1，通過圖象知，B極上氣體體積是A極上氣體體積的2倍，所以B極上得氫氣，A極上得到氧氣，所以B極是陰極，A極是陽極，故a是負(fù)極，b是正極，A電極反應(yīng)為4OH^--4e^-=O₂↑+2H₂O，
故答案為：負(fù)；4OH^--4e^-=O₂↑+2H₂O；
（2）浸有硫酸鈉的濾紙和電極C、D與電源也構(gòu)成了電解池，因?yàn)閍是負(fù)極，b是正極，所以C是陰極，D是陽極，電解質(zhì)溶液中的陽離子鉀離子向陰極移動(dòng)，陰離子高錳酸根離子向陽極移動(dòng)，所以D極呈紫色；電解質(zhì)溶液中氫離子和氫氧根離子放電，所以在兩極上都得到氣體，A極上氫氧根離子失電子生成氧氣和水，電極反應(yīng)式為4OH^--4e=2H₂O+O₂↑；C極上氫離子得電子生成氫氣，電極反應(yīng)式為4H⁺+4e=2H₂↑，
故答案為：紫色向D方向移動(dòng)，CD兩極有氣體產(chǎn)生；
（3）切斷K₂、K₃，合閉K₁，電解一段時(shí)間后，A、B中均有氣體包圍電極．此裝置構(gòu)成氫氧燃料原電池，所以有電流通過，電流表的指針移動(dòng)，此時(shí)B中的電極反應(yīng)式為
H₂-2e^-+2OH^-=2H₂O，
故答案為：H₂-2e^-+2OH^-=2H₂O；
（4）表中數(shù)據(jù)分析，隨溫度增大，平衡常數(shù)減小，說明平衡逆向進(jìn)行，根據(jù)平衡移動(dòng)原理，升溫向吸熱反應(yīng)方向進(jìn)行，故正向是放熱反應(yīng)，△H₂＜0，
故答案為：＜；
（5）CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）△H₂＜0；若容器容積不變，可增加甲醇產(chǎn)率的條件分析：
A．升高溫度平衡逆向進(jìn)行，甲醇產(chǎn)率減小，故A不符合；
B．使用合適的催化劑，改變反應(yīng)速率，不改變化學(xué)平衡，甲醇產(chǎn)率不變，故B不符合；
C．縮小容器的容積，平衡體系增大壓強(qiáng)，平衡正向進(jìn)行，甲醇產(chǎn)率增大，故C符合；
D．充入過量的H₂，平衡正向進(jìn)行，甲醇產(chǎn)率增大，故D符合；
E．恒壓時(shí)，充入He，體積增大，壓強(qiáng)減小，平衡逆向進(jìn)行，甲醇產(chǎn)率減小，故E不符合；
F．從體系中分離出CH₃OH，平衡正向進(jìn)行，甲醇產(chǎn)增大，故F符合；
故答案為：CDF；
（6）某溫度下，將2mol CO和6mol H₂充入2L的恒容密閉容器中，充分反應(yīng)，4min達(dá)到平衡后，測(cè)得c（CO）=0.2mol?L^-1，則依據(jù)平衡三段式列式計(jì)算：
              CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）
起始量（mol） 2       6           0
變化量（mol） 1.6    3.2         1.6
平衡量（mol） 0.4    2.8         1.6
0-4min內(nèi)H₂的反應(yīng)速率為v（H₂）=

3.2mol 2L

4min

=0.4mol/（L?min）；
若保持溫度容積不變?cè)傧蚱渲谐淙胍欢�量的CH₃OH，重新達(dá)到化學(xué)平衡狀態(tài)，相當(dāng)于增大體系壓強(qiáng)，平衡正向進(jìn)行，與原平衡狀態(tài)相比，此時(shí)平衡混合氣體中CH₃OH的體積分?jǐn)?shù)增大，
故答案為：0.4mol/（L?min）；增大．

點(diǎn)評(píng)：本題考查了原電池、電解池工作原理，化學(xué)平衡影響因素和計(jì)算應(yīng)用，寫電極反應(yīng)式要注意結(jié)合電解質(zhì)溶液書寫，如果電解質(zhì)溶液不同，雖然原料相同，電極反應(yīng)式也不同，如氫氧燃料電池，當(dāng)電解質(zhì)為酸或堿，電極反應(yīng)式就不同，化學(xué)平衡移動(dòng)原理是分析解題的關(guān)鍵，題目難度中等．