Question

甲醇是一種可再生能源，具有開發(fā)和應用的廣闊前景，工業(yè)上一般可采用如下反應來合成甲醇：CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）△H＜0．
（1）上述反應的平衡常數(shù)表達式為K=

[CH3OH]

[CO][H2]2

，以下有關說法正確的是

a

a．恒溫、恒容條件下，容器內(nèi)的壓強不發(fā)生變化則可逆反應達到平衡
b．一定條件下，H₂的消耗速率是CO的消耗速率的2倍時可逆反應達到平衡
c．保持容器體積不變，升高溫度可提高CO的轉化率
d．使用合適的催化劑能縮短達到平衡的時間并提高CH₃OH的產(chǎn)量
（2）其它條件相同時，在T₁、T₂（T₁＜T₂）兩個不同溫度下可逆反應達到平衡，請在圖1中畫出CO的轉化率隨時間變化的示意圖．

（3）已知在常溫常壓下：
①2CH₃OH（l）+3O₂（g）=2CO₂（g）+4H₂O（g）△H=-a kJ?mol^-1
②2CO（g）+O₂（g）=2CO₂（g）△H=-b kJ?mol^-1
③H₂O（g）=H₂O（l）△H=-c kJ?mol^-1
則 CH₃OH（l）+O₂（g）=CO（g）+2H₂O（l）△H=

△H=

b-a-4c

2

kJ?mol^-1．
（4）2009年10月，中國科學院長春應用化學研究所在甲醇燃料電池技術方面獲得新突破，組裝出了自呼吸電池及主動式電堆．甲醇燃料電池的工作原理如圖2所示．
C極發(fā)生的電極反應式為：

O₂+4e^-+4H⁺=2H₂O

，工作一段時間后，當6.4g甲醇完全反應生成CO₂時，有

1.2

N_A個電子發(fā)生轉移．
（H：1  C：12  O：16）

Answer 1

分析：（1）根據(jù)平衡常數(shù)表達式K=

各個生成物平衡濃度系數(shù)次方的乘積

各個反應物平衡濃度系數(shù)次方的乘積

來書寫并根據(jù)化學平衡狀態(tài)的特征和標志來判斷某種狀態(tài)是否是平衡狀態(tài)；
（2）對于放熱反應，溫度升高，反應速率加快，平衡向著吸熱方向進行；
（3）根據(jù)蓋斯定律來計算化學反應的焓變；
（4）在燃料電池中，負極是燃料發(fā)生失電子的氧化反應，正極是氧氣發(fā)生得電子的還原反應．

解答：解：（1）反應的化學平衡常數(shù)K=

[CH3OH]

[CO][H2]2

，
a．恒溫、恒容條件下，對于反應前后氣體體積變化的反應，當容器內(nèi)的壓強不發(fā)生變化則可逆反應達到平衡，故a正確；b．一定條件下，H₂的消耗速率是CO的消耗速率的2倍時，則可以得出反應只是向著正向進行，不能體現(xiàn)正逆反應速率相等，故b錯誤；
c．保持容器體積不變，升高溫度，平衡向著逆向進行，可降低CO的轉化率，故c錯誤；
d．使用合適的催化劑能縮短達到平衡的時間不會提高CH₃OH的產(chǎn)量和反應物的轉化率，故d錯誤．
故答案為：

[CH3OH]

[CO][H2]2

；a；
（2）升高溫度，平衡向著逆向進行，可降低CO的轉化率，但是溫度升高，化學反應速率加快，達到化學平衡狀態(tài)所需時間短，即，故答案為：；
（3）根據(jù)蓋斯定律，反應CH₃OH（l）+O₂（g）=CO（g）+2H₂O（l）與反應①2CH₃OH（l）+3O₂（g）=2CO₂（g）+4H₂O（g）△H=-a kJ?mol^-1②2CO（g）+O₂（g）=2CO₂（g）△H=-b kJ?mol^-1③H₂O（g）=H₂O（l）△H=-c kJ?mol^-1
將

1

2

（①-②+③×4）可得CH₃OH（l）+O₂（g）=CO（g）+2H₂O（l），所以反應的焓變△H=

b-a-4c

2

kJ?mol^-1，
故答案為：

b-a-4c

2

；
（4）根據(jù)裝置可以知道d出生成大量的水，所以e電極是通入的氧氣，發(fā)生電極反應為：O₂+4e^-+4H⁺=2H₂O，當6.4g甲醇完全反應生成CO₂時，根據(jù)反應2CH₃OH（l）+3O₂（g）=2CO₂（g）+4H₂O（g），當消耗甲醇2mol時，轉移電子為12mol，所以當6.4g甲醇即0.2mol甲醇完全反應生成CO₂時，轉移電子是1.2mol，故答案為：O₂+4e^-+4H⁺=2H₂O；1.2．

點評：本題是一道有關熱化學、電化學以及化學平衡知識的綜合題，要求學生具有分析和解決問題的能力，難度較大．