Question

（17分）甲醇是一种可再生能源，具有开发和应用的广阔前景，工业上采用如下反应合成甲醇：
CO(g)+2H₂(g)CH₃OH(g)，现模拟并分析该反应：
(1)能够说明该反应已达到平衡的是_________：
a．恒温、恒容时，容器内的压强不再变化
b．恒温、恒容时，容器内混合气体的密度不再变化
c．一定条件下，CO、H₂和CH₃OH的浓度保持不变
d．一定条件下，单位时间内消耗2molH₂的同时生成1 mol CH₃OH
(2)右图是该反应在不同温度下CO转化率随时间的变化曲线：

①该反应的△H____0（填“>”、“<”或“=”）。
②T₁和T₂温度下的平衡常数：K₁____K₂（填“>”、“<”或“=”）。
(3)2009年，长春应用化学研究所在甲醇燃料电池技术上获得新突破，原理如图1所示。
①甲醇完全燃烧的化学方程式_______________________。
②请写出从C口通入O₂发生的电极反应式___________________。
(4)用上述电池做电源，用图2装置电解饱和食盐水(C₁、C₂均为石墨电极)。
①该反应的离子方程式________________________。
②电解开始后在电极__________________的周围（填“C₁”或“C₂”）先出现红色。

Answer 1

(1)ac（4分（4分，选一个对得2分，一对一错不得分）：
(2)①<（2分） ②>（2分）
(3)①2CH₃OH＋3O₂2CO₂＋4H₂O（2分）；②O₂＋4e^－＋4H^＋=2H₂O（2分）
(4)2Cl^－＋2H₂OCl₂↑＋H₂↑＋2OH^－（3分）      C₂ （2分）

（1）在一定条件下，当可逆反应的正反应速率和逆反应速率相等时（但不为0），反应体系中各种物质的浓度或含量不再发生变化的状态，称为化学平衡状态，所以c正确。根据方程式可知，反应是体积减小的，因此压强也是减小的，所以a也能说明达到平衡状态。密度是混合气的质量和容器容积的比值，在反应过程中质量和容积始终是不变的，b不正确。D中反应速率的方向是相同的，不正确。答案选ac。
（2）①根据图像可知，温度为t2的曲线首先达到平衡状态，说明反应速率快，因此t2大于t1。温度高，CO的转化率低，说明升高温度，平衡向逆反应方向移动，因此正反应是放热反应，即△H＜0。
②升高温度，平衡向逆反应方向移动，因此平衡常数减小，即K₁＞K₂。
（3）①甲醇完全燃烧的生成物是水和CO₂。所以方程式为2CH₃OH＋3O₂2CO₂＋4H₂O。
②氧气在反应中得到电子，因此在正极通入，又因为氢离子向正极移动，所以正极电极反应式为O₂＋4e^－＋4H^＋=2H₂O。
（4）惰性电极电解饱和食盐水时，阳极是氯离子放电，产生氯气。阴极是氢离子放电，产生氢气，因此阴极周围水的电离平衡被破坏，溶液显碱性，显红色。由于C2和电源的负极相连，所以
C2是阴极，该电极周围溶液显红色。该反应的方程式为2Cl^－＋2H₂OCl₂↑＋H₂↑＋2OH^－。