Question

【題目】甲醇是重要的化工原料，也是一種優(yōu)質(zhì)的燃料。

Ⅰ.甲醇脫氫制取甲醛的原理為CH3OH(g)HCHO(g) +H2(g)。某科研小組在2 L密閉容器中充入1 mol CH3OH，對(duì)該反應(yīng)進(jìn)行了一系列的研究，得到甲醇的平衡轉(zhuǎn)化率隨溫度的變化曲線如圖所示。

（1）下列選項(xiàng)中，能說(shuō)明該反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)的是__________；

a．v(CH3OH) =v(HCHO) b．H2的體積分?jǐn)?shù)不再變化

c．甲醛的質(zhì)量分?jǐn)?shù)不再改變 d．混合氣體密度不變

（2）在t1時(shí)，該反應(yīng)的平衡常數(shù)為K=________________，此溫度下，從反應(yīng)開始到平衡所經(jīng)過(guò)的時(shí)間為5 s，則v(HCHO)為_______mol/(L·min)。向此容器中再通入1.1 mol CH3OH和1.1 mol H2，則平衡向_________（填“正反應(yīng)”或“逆反應(yīng)”）方向移動(dòng)；

（3）600 K時(shí)，Y點(diǎn)甲醇的v(正)_______v(逆) (填“>”、“<”或“=”)，理由是_____________________；

Ⅱ.已知：CH3OH(g) +CuO(s)=HCHO(g) +Cu(s)+H2O(g) ΔH1=－a kJ/mol；

2Cu(s)+O2(g)=2CuO(s) ΔH2=－b kJ/mol；

（4）則在銅作催化劑時(shí)：2CH3OH(g)+O2(g)=2HCHO(g)+2H2O(g) ΔH3=______kJ/mol（用含a，b的代數(shù)式表示）；

Ⅲ.如圖所示是以NaOH溶液為電解質(zhì)溶液的甲醇燃料電池：

（5）a極電極反應(yīng)式為__________________________，若隔膜為陰離子交換膜，則電池工作一段后，電池負(fù)極區(qū)溶液中n(OH－)_____（填“增大”、“減小”或“不變”）。

Answer 1

【答案】 bc 4.05mol/L 5.4 正反應(yīng) < Y點(diǎn)甲醇的轉(zhuǎn)化率大于X點(diǎn)，反應(yīng)向逆反應(yīng)方向進(jìn)行 －(2a+b) CH3OH+8OH－－6e－=CO32－+6H2O 減小

【解析】Ⅰ.（1）a．沒(méi)有指明正、逆速率，若均為正反應(yīng)反應(yīng)速率，二者反應(yīng)速率始終相等，故a錯(cuò)誤；b．隨反應(yīng)進(jìn)行氫氣的濃度增大，當(dāng)H2的濃度不再變化時(shí)，說(shuō)明到達(dá)平衡，故b正確；c．甲醛的質(zhì)量分?jǐn)?shù)不再改變，說(shuō)明到達(dá)平衡，故c正確；d．混合氣體總質(zhì)量不變，容器體積不變，混合氣體的密度始終不變，不能說(shuō)明到達(dá)平衡，故d錯(cuò)誤，故答案為bc；

（2）由圖可知，t1K時(shí)甲醇的轉(zhuǎn)化率為0.9，則參加反應(yīng)甲醇的物質(zhì)的量為0.9mol，容器體積為1L，則甲醇的起始濃度為1mol/L，濃度變化量為0.9mol/L，則：
CH3OH（g）HCHO（g）+H2（g）
開始（mol）：1 00
轉(zhuǎn)化（mol）：0.9 0.9 0.9
平衡（mol）：0.1 0.9 0.9
故T1K時(shí)，平衡常數(shù)K===4.05，此溫度下，從反應(yīng)開始到平衡所經(jīng)過(guò)的時(shí)間為5s，則v（HCHO）==5.4mol/(L·min)，達(dá)到平衡后若再向此容器中再通入1.1molCH3OH和1.1molH2，此時(shí)的濃度商Qc==0.083＜K=4.05，平衡向正反應(yīng)方向進(jìn)行；

（3）由圖可知，Y點(diǎn)的轉(zhuǎn)化率高于相同溫度下平衡點(diǎn)X的轉(zhuǎn)化率，故Y點(diǎn)反應(yīng)向逆反應(yīng)方向移動(dòng)，則v（正）＜v（逆）；

Ⅱ.（4）已知：①CH3OH(g) +CuO(s)=HCHO(g) +Cu(s)+H2O(g) ΔH1=－a kJ/mol；②2Cu(s)+O2(g)=2CuO(s) ΔH2=－b kJ/mol；根據(jù)蓋斯定律由①×2+②可得2CH3OH(g)+O2(g)=2HCHO(g)+2H2O(g)，則ΔH3=ΔH1×2+ΔH2=－(2a+b)kJ/mol；

Ⅲ.（5）燃料電池通氧氣的極為正極，則b為正極，a為負(fù)極，負(fù)極上甲醇失電子發(fā)生氧化反應(yīng)，在NaOH為電解質(zhì)溶液時(shí)產(chǎn)物為CO32-，則a極電極反應(yīng)式為CH3OH+8OH－－6e－=CO32－+6H2O；若隔膜為陰離子交換膜，b極室OH-透過(guò)陰離子交換膜進(jìn)入a極室，但每轉(zhuǎn)移6mol電子，只能轉(zhuǎn)移6molOH-，而a極室要消耗8molOH-，故電池工作一段后，電池負(fù)極區(qū)溶液中n(OH－)減小。