Question

17．能源短缺是人類(lèi)社會(huì)面臨的重大問(wèn)題．甲醇是一種可再生能源，具有廣泛的開(kāi)犮和應(yīng)用前景．工業(yè)上通過(guò)媒的氣化生成的CO和H₂合成甲醇，反應(yīng)原理為：CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）

（1）在一容積可變的密閉容器中充有10mol CO和20mol H₂，在催化劑作用下發(fā)生反應(yīng)生成甲醇．CO的平衡轉(zhuǎn)化率（a）與溫度（T）、壓強(qiáng)（p）的關(guān)系如圖1所示．
①合成甲醇的反應(yīng)為放熱（填“放熱”或“吸熱”）反應(yīng)．判斷理由是溫度升高平衡逆向移動(dòng)，即逆反應(yīng)方向?yàn)槲鼰幔�所以正反�?yīng)方向?yàn)榉艧幔�平衡常�?shù)K_A＞K_C（填“＞”、“＜”或“=”）．
②下列有關(guān)該反應(yīng)的說(shuō)法正確的是D（填字母序號(hào)）．
A．當(dāng)v（CO）_生成=2v_消耗（H₂） 時(shí)該反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)
B．其它條件不變，只改變CO和H₂的投料量，該反應(yīng)的焓變發(fā)生改變
C．在反應(yīng)過(guò)程中混合氣體的密度和相對(duì)平均分子質(zhì)量均不發(fā)生變化
D．使用催化劑可以減小反應(yīng)的活化能
（2）下列措施可以提高甲醇產(chǎn)率的是ACD．
A．壓縮容器體積
B．恒容條件下充入He，使體系總壓強(qiáng)增大
C．將CH₃OH （g）從體系中分離
D．恒壓條件下再充入10mol CO和20mol H₂
（3）甲醇一一空氣燃料電池裝置如圖2所示．
①該電池甲電極的電極反應(yīng)式為CH₃OH-6e^-+H₂O=CO₂↑+6H⁺．
②若用此甲醇燃料電池電解200mL-定濃度NaCl與CuSO₄的混合溶液（電極為惰性電極，不參與反應(yīng)），電極產(chǎn)生氣體體積（標(biāo)況下）與電解時(shí)間的關(guān)系圖如圖3所示，此溶液中硫酸銅的濃度為0.1mol/L．

Answer 1

分析 （1）①根據(jù)溫度和CO的轉(zhuǎn)化率確定反應(yīng)熱；溫度不變，化學(xué)平衡常數(shù)不變，溫度升高平衡向吸熱的方向移動(dòng)，平衡常數(shù)變化；
②A．不同物質(zhì)的正、逆反應(yīng)速率之比等于其計(jì)量數(shù)之比是平衡狀態(tài)；
B．在一定條件下，焓變是一個(gè)定值，與物質(zhì)投料量無(wú)關(guān)；
C．相對(duì)平均分子質(zhì)量=$\frac{m}{n}$，這是一個(gè)氣體體積發(fā)生變化的反應(yīng)，即n變，根據(jù)質(zhì)量守恒定律m不變，故相對(duì)平均分子質(zhì)量變化；
D．使用催化劑可以減小反應(yīng)的活化能；
（2）根據(jù)化學(xué)平衡移動(dòng)原理，增加甲醇產(chǎn)率，即使化學(xué)平衡正向移動(dòng)即可；
（3）①甲醇發(fā)生氧化反應(yīng)，在負(fù)極反應(yīng)，正極是氧氣在反應(yīng)，注意電解質(zhì)是酸性的，據(jù)此書(shū)寫(xiě)電極反應(yīng)式；
②結(jié)合圖可知，Ⅰ為陰極氣體體積與時(shí)間的關(guān)系，Ⅱ?yàn)殛?yáng)極氣體體積與時(shí)間的關(guān)系，計(jì)算時(shí)抓住電子守恒．

解答 解：（1）①據(jù)圖象可知，溫度升高平衡逆向移動(dòng)，即逆反應(yīng)方向?yàn)槲鼰�，所以正反�?yīng)方向?yàn)榉艧幔灰駼點(diǎn)與A點(diǎn)溫度相同，K不變，對(duì)于上述反應(yīng)溫度升高平衡向逆反應(yīng)方向移動(dòng)，平衡常數(shù)減小，所以A、B、C三點(diǎn)的平衡常數(shù)K_A=K_B＞K_C，
故答案為：放熱；溫度升高平衡逆向移動(dòng)，即逆反應(yīng)方向?yàn)槲鼰�，所以正反�?yīng)方向?yàn)榉艧�；＞�?br />②A．不同物質(zhì)的正、逆反應(yīng)速率之比等于其計(jì)量數(shù)之比是平衡狀態(tài)，故A錯(cuò)誤；
B．在一定條件下，焓變是一個(gè)定值，與物質(zhì)投料量無(wú)關(guān)，故B錯(cuò)誤；
C．相對(duì)平均分子質(zhì)量=$\frac{m}{n}$，這是一個(gè)氣體體積發(fā)生變化的反應(yīng)，即n變，根據(jù)質(zhì)量守恒定律m不變，故相對(duì)平均分子質(zhì)量變化，故C錯(cuò)誤；
D．使用催化劑可以減小反應(yīng)的活化能，故D正確，
故答案為：D；
（2）A、對(duì)于反應(yīng)CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g），反應(yīng)物氣體體積大于生成物，壓縮容器體積時(shí)，壓強(qiáng)增大，平衡正向移動(dòng)，可增加甲醇產(chǎn)率，A正確；
B、充入He，不影響各氣體的分壓，平衡不移動(dòng)，不能增加甲醇產(chǎn)率，故B錯(cuò)誤；
C、分離出CH₃OH，平衡正向移動(dòng)可提高甲醇產(chǎn)率，故C正確；
D、體積不變，再充入10mol CO和20mol H₂反應(yīng)物氣體，平衡正向移動(dòng)，可增加甲醇產(chǎn)率，故D正確．
故選ACD；
故答案為：ACD；
（3）①氫離子向右移動(dòng)，說(shuō)明右面的電極是正極，故甲醇應(yīng)從b也就是負(fù)極通入，即電極甲為負(fù)極，負(fù)極上甲醇發(fā)生失電子的氧化反應(yīng)，在酸性條件下，電極反應(yīng)式應(yīng)為：CH₃OH-6e^-+H₂O=CO₂↑+6H⁺．
故答案為：CH₃OH-6e^-+H₂O=CO₂↑+6H⁺；
②Ⅰ為陰極氣體體積與時(shí)間的關(guān)系，Ⅱ?yàn)殛?yáng)極氣體體積與時(shí)間的關(guān)系①由圖可知，產(chǎn)生氯氣為224mL，則由2Cl^--2e^-=Cl₂↑可知，n（NaCl）=$\frac{0.224L}{22.4L/mol}$×2=0.02mol，由t₂時(shí)生成氧氣為112mL，n（O₂）=$\frac{0.112L}{22.4L/mol}$=0.005mol，則共轉(zhuǎn)移電子為0.02mol+0.005mol×4=0.04mol，
根據(jù)電子守恒及Cu²⁺+2e^-=Cu可知，n（CuSO₄）=$\frac{0.04mol}{2}$=0.02mol，所以c（CuSO₄）=$\frac{0.02mol}{0.2L}$=0.1mol/L，
故答案為：0.1．

點(diǎn)評(píng) 本題考查平衡常數(shù)影響因素，化學(xué)平衡的影響因素，電極方程式的書(shū)寫(xiě)，題目難度中等，側(cè)重于考查學(xué)生對(duì)基礎(chǔ)知識(shí)的綜合應(yīng)用能力，解題時(shí)注意把握化學(xué)平衡的影響因素等內(nèi)容．