Question

甲醇是一種可再生能源，具有開(kāi)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(lái)合成甲醇：CO（g）+2H₂（g）??CH₃OH（g）．

（1）分析該反應(yīng)并回答下列問(wèn)題：
①平衡常數(shù)表達(dá)式為K=

c(CH3OH)

c(CO)?c(H2)2

．
②下列各項(xiàng)中，不能夠說(shuō)明該反應(yīng)已達(dá)到平衡的是

D

（填序號(hào)）．
A、恒溫、恒容條件下，容器內(nèi)的壓強(qiáng)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(shí)間內(nèi)消耗2mol CO，同時(shí)生成1mol CH₃OH
（2）如圖1是該反應(yīng)在不同溫度下CO的轉(zhuǎn)化率隨時(shí)間變化的曲線．
①該反應(yīng)的焓變△H

＜

0（填“＞”、“＜”或“=”）．
②T₁和T₂溫度下的平衡常數(shù)大小關(guān)系是K₁

＞

K₂（填“＞”、“＜”或“=”）．
③若容器容積不變，下列措施可增加甲醇產(chǎn)率的是

B

．
A、升高溫度
B、將CH₃OH（g）從體系中分離
C、使用合適的催化劑
D、充入He，使體系總壓強(qiáng)增大
（3）2009年10月，中國(guó)科學(xué)院長(zhǎng)春應(yīng)用化學(xué)研究所在甲醇燃料電池技術(shù)方面獲得新突破，組裝出了自呼吸電池及主動(dòng)式電堆．甲醇燃料電池的工作原理如圖2所示．
①該電池工作時(shí)，b口通入的物質(zhì)為

CH₃OH

，c口通入的物質(zhì)為

O₂

．
②該電池正極的電極反應(yīng)式為：

O₂+4e^-+4H⁺=2H₂O

．
③工作一段時(shí)間后，當(dāng)6.4g甲醇完全反應(yīng)生成CO₂時(shí)，有

1.2

N_A個(gè)電子轉(zhuǎn)移．

Answer 1

分析：（1）①平衡常數(shù)K=

所有生成物平衡濃度系數(shù)次冪的乘積

所有反應(yīng)物平衡濃度系數(shù)次冪的乘積

；
②可逆反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)時(shí)，正逆反應(yīng)速率相等（同種物質(zhì)）或正逆反應(yīng)速率之比等于系數(shù)之比（不同物質(zhì)），平衡時(shí)各種物質(zhì)的物質(zhì)的量、濃度等不再發(fā)生變化，由此衍生的一些物理量不變，以此分析；
（2）①根據(jù)溫度對(duì)化學(xué)平衡的影響來(lái)回答；
②溫度對(duì)化學(xué)平衡常數(shù)的影響和反應(yīng)的吸放熱有關(guān)；
③化學(xué)平衡正向移動(dòng)可增加甲醇產(chǎn)率；
（3）在甲醇燃料電池中，燃料甲醇作負(fù)極，發(fā)生失電子的氧化反應(yīng)，氧氣作正極，發(fā)生得電子的還原反應(yīng)，根據(jù)電極反應(yīng)以及電子守恒來(lái)計(jì)算轉(zhuǎn)移電子的量．

解答：解：（1）①反應(yīng)CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）的平衡常數(shù)K=

c(CH3OH)

c(CO)?c(H2)2

，故答案為：

c(CH3OH)

c(CO)?c(H2)2

；
②A．由方程式可以看出，反應(yīng)前后氣體的物質(zhì)的量不相等，只有達(dá)到平衡狀態(tài)，容器壓強(qiáng)不發(fā)生變化，能判斷反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)，故A錯(cuò)誤；
B．一定條件下，CH₃OH分解的速率和CH₃OH生成的速率相等，即正逆反應(yīng)速率相等，所以能判斷反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)，故B錯(cuò)誤；
C、一定條件下，CO、H₂和CH₃OH的濃度保持不變是平衡的標(biāo)志，故C錯(cuò)誤；
D、一定條件下，單位時(shí)間內(nèi)消耗2molCO，同時(shí)生成1mol CH₃OH，只能表明正反應(yīng)速率，不能表示正逆反應(yīng)速率相等，故D正確．
故選D．
（2）①反應(yīng)CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）中，反應(yīng)向右進(jìn)行，一氧化碳的轉(zhuǎn)化率增大，溫度升高，化學(xué)平衡向著吸熱方向進(jìn)行，根據(jù)圖中的信息可以知道：T₂＞T₁，所以該反應(yīng)是放熱反應(yīng)，故答案為：＜；
②對(duì)于放熱反應(yīng)，溫度越高，化學(xué)平衡常數(shù)越小，T₂＞T₁，反之越大，所以K₁＞K₂，故答案為：＞；
③A、若容器容積不變，升高溫度，反應(yīng)CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）平衡逆向移動(dòng)，甲醇產(chǎn)率降低，故A錯(cuò)誤；
B、將CH₃OH（g）從體系中分離，反應(yīng)CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）平衡正向移動(dòng)，甲醇產(chǎn)率增大，故B正確；
C、使用合適的催化劑不會(huì)引起化學(xué)平衡的移動(dòng)，甲醇的轉(zhuǎn)化率不變，故C錯(cuò)誤；
D、若容器容積不變，充入He，使體系總壓強(qiáng)增大，單質(zhì)各組分的濃度不變，化學(xué)平衡不移動(dòng)，甲醇的轉(zhuǎn)化率不變，故D錯(cuò)誤；
故選B；
（3）①在甲醇燃料電池中，燃料甲醇作負(fù)極，氧氣作正極，電解質(zhì)中的陽(yáng)離子移向正極，所以c口通入的物質(zhì)為氧氣，b口通入的物質(zhì)為甲醇，故答案為：CH₃OH；O₂；
②該電池正極是氧氣發(fā)生得電子的還原反應(yīng)，電極反應(yīng)式為：O₂+4e^-+4H⁺=2H₂O，故答案為：O₂+4e^-+4H⁺=2H₂O；
③當(dāng)6.4g即0.2mol甲醇完全反應(yīng)生成CO₂時(shí)，根據(jù)總反應(yīng)：2CH₃OH+3O₂=2CO₂+4H₂O，消耗氧氣0.3mol，轉(zhuǎn)移電子1.2mol，即個(gè)數(shù)為1.2N_A，故答案為：1.2N_A．

點(diǎn)評(píng)：本題是一道關(guān)于化學(xué)平衡狀態(tài)的判斷、化學(xué)平衡的移動(dòng)以及燃料電池的工作原理知識(shí)的考題，要求學(xué)生具有分析和解決問(wèn)題的能力，難度不大．