Question

甲醇是一種可再生能源，具有廣泛的開發(fā)和應用前景．
（1）工業(yè)上一般采用兩種方法制備甲醇：
反應Ⅰ：CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）△H₁
反應Ⅱ：CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）△H₂
①下表所列數(shù)據(jù)是反應Ⅰ在不同溫度下的化學平衡常數(shù)（K）．

溫度	250℃	300℃	350℃
K	2.041	0.270	0.012

由表中數(shù)據(jù)判斷△H₁

 

0（填“＜”、“=”或“＞”）．
②某溫度下，將2mol CO和6mol H₂充入2L密閉容器中充分反應，4分鐘后反應達到平衡，測得CO的物質(zhì)的量為0.4mol，則CO的反應速率為

 

，此時的壓強是反應前壓強的

 

倍．
（2）反應Ⅱ的平衡常數(shù)表達式為

 

，為了加快反應Ⅱ的反應速率，并且提高H₂的轉(zhuǎn)化率，采取的措施是

 

（填寫正確選項的字母）．
a．增大CO₂的濃度     b．增大H₂的濃度     c．增大壓強      d．加入催化劑
（3）工業(yè)上利用CO與水蒸氣的反應，將有毒的CO轉(zhuǎn)化為無毒的CO₂，書寫有關熱化學反應方程式

 

．該反應在830K下進行時，初始濃度到達平衡的時間有如下的關系：

CO的初始濃度（mol/L）	2	4	1	3
H2的初始濃度（mol/L）	3	2	3	3
時間（min）	8	6	12	n

則n為

 

min．
（4）近年來，科研人員新開發(fā)出一種甲醇和氧氣以強堿溶液為電解質(zhì)溶液的新型手機電池．該電池中甲醇發(fā)生反應的一極為

 

極、其電極反應式為

 

．
（5）用該電池作電源，用惰性電極電解飽和NaCl溶液時，每消耗0.2mol CH₃OH，陰極產(chǎn)生標況下氣體的體積為

 

L．

Answer 1

考點：化學平衡的影響因素,常見化學電源的種類及其工作原理,化學平衡常數(shù)的含義,電解原理

專題：基本概念與基本理論

分析：（1）①圖表分析判斷，平衡常數(shù)隨溫度升高減小，平衡逆向進行，正反應是放熱反應；
②依據(jù)化學平衡三段式列式結合化學反應速率概念計算，壓強之比等于氣體物質(zhì)的量之比；
（2）依據(jù)反應化學方程式結合平衡常數(shù)概念書寫平衡常數(shù)表達式，為了加快反應Ⅱ的反應速率，并且提高H₂的轉(zhuǎn)化率，依據(jù)影響化學反應速率和平衡的因素分析判斷；
（3）依據(jù)熱化學方程式和蓋斯定律計算得到所需熱化學方程式；依據(jù)圖表數(shù)據(jù)分析變化規(guī)律得到n值；
（4）燃料電池中燃料在原電池負極發(fā)生氧化反應，甲醇失電子在堿溶液中生成碳酸鉀；
（5）依據(jù)原電池和電解池的電極反應中電子守恒計算生成氣體體積；

解答： 解：（1）①圖表分析判斷，平衡常數(shù)隨溫度升高減小，平衡逆向進行，正反應是放熱反應，△H＜0；
故答案為：＜；
②某溫度下，將2mol CO和6mol H₂充入2L密閉容器中充分反應，4分鐘后反應達到平衡，測得CO的物質(zhì)的量為0.4mol，依據(jù)化學平衡三段式列式計算；
               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
CO的反應速率=

1.6mol 2L

4min

=0.2mol/（L?min）
平衡狀態(tài)氣體壓強和起始壓強之比等于氣體物質(zhì)的量之比P（平衡）：P（起始）=（0.4+2.8+1.6）：（2+6）=4.8：8=0.6；
故答案為：0.2mol/（L?min），0.6；
（2）CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g），反應的平衡常數(shù)K=

c(H2O)c(CH3OH)

c(CO2)c3(H2)

；
為了加快反應Ⅱ的反應速率，并且提高H₂的轉(zhuǎn)化率；
a．增大CO₂的濃度，增大氫氣的轉(zhuǎn)化率，平衡正向進行，反應速率加快，故a符合；
b．增大H₂的濃度，平衡正向進行，反應速率增大，氫氣的轉(zhuǎn)化率減小，故b不符合；
c．增大壓強，反應速率增大，平衡正向進行，氫氣轉(zhuǎn)化率增大，故c符合；
d．加入催化劑改變化學反應速率不改變化學平衡，氫氣轉(zhuǎn)化率不變，故d不符合；

故答案為：K=

c(H2O)c(CH3OH)

c(CO2)c3(H2)

，a、c；
（3）反應Ⅰ：CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）△H₁
反應Ⅱ：CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）△H₂
依據(jù)蓋斯定律反應Ⅰ-反應Ⅱ得到CO（g）+H₂O（g）=CO₂（g）+H₂（g）△H=△H₁-△H₂；
圖表中數(shù)據(jù)保持氫氣初始濃度不變，一氧化碳濃度增大一倍，達到平衡所需時間縮短4分鐘，所以分析判斷n=4min；
故答案為：CO（g）+H₂O（g）=CO₂（g）+H₂（g）△H=△H₁-△H₂ 、4；
（4）甲醇和氧氣以強堿溶液為電解質(zhì)溶液的新型手機電池，燃料電池中燃料在原電池負極發(fā)生氧化反應，甲醇失電子在堿溶液中生成碳酸鉀，該電池中甲醇發(fā)生反應的一極為負極，電極反應為：CH₃OH-6e^-+8OH^-=CO₃^2-+6H₂O；
故答案為：負，CH₃OH-6e^-+8OH^-=CO₃^2-+6H₂O；
（5）用該電池作電源，用惰性電極電解飽和NaCl溶液時，CH₃OH-6e^-+8OH^-=CO₃^2-+6H₂O，每消耗0.2mol CH₃OH，轉(zhuǎn)移電子1.2mol，陰極電極反應為2H⁺+2e^-=H₂↑，產(chǎn)生標況下氣體的體積=0.6mol×22.4L/mol=13.44L；
故答案為：13.44．

點評：本題考查了化學平衡影響因素分析，平衡常數(shù)計算應用，熱化學方程式和原電池原理、電解池原理的計算分析應用，掌握基礎是解題關鍵，題目難度中等．