Question

甲醇来源丰富，价格低廉，是一种重要的化工原料，有着非常重要、广泛的用途．工业上通常用水煤气在恒容、催化剂和加热的条件下生产甲醇，其热化学方程式为：2H₂（g）+CO（g）?CH₃OH（g）△H=-90.8kJ/mol．
（1）该反应的平衡常数表达式为：K=

 

，如升高温度，K值将

 

（填：增大、减小或不变）．
（2）以下各项不能说明该反应达到平衡状态的是

 

．
A、混合气体的密度保持不变         
B、甲醇的质量分数保持不变
C、CO的浓度保持不变              
D、2v_逆（H₂）=v_正（CH₃OH）
（3）在210⁰C、240⁰C和270⁰C三种不同温度、2L恒容密闭容器中研究合成甲醇的规律．
图1是上述三种温度下不同的H₂和C0的起始组成比（起始时CO的物质的量均为1mol）与CO平衡转化率的关系，则曲线Z对应的温度是

 

．由起始达到 a 点所需时间为 5min，则 H₂的反应速率 mol/（L?min）

 

．

（4）某兴趣小组设计了如图2所示的甲醇燃料电池装置．
①该电池工作时，正极是

 

极（填“a”或“b”）；
②该电池负极反应的离子方程式为

 

．

Answer 1

考点：化学平衡常数的含义,原电池和电解池的工作原理,化学平衡状态的判断,化学平衡的计算

专题：

分析：（1）平衡常数等于生成物与反应物的浓度幂的之积，正反应为放热反应，升高温度平衡逆向移动；
（2）反应达到平衡状态时，正逆反应速率相等，各物质的浓度不变，由此衍生的一些物理量也不变，以此判断；
（3）正反应放热，则升高温度CO的转化率降低；a 点CO的转化率为50%，以此计算氢气的物质的量浓度的变化，进而计算反应速率；
（4）燃料电池中通入氧气的为正极，通入甲醇的为负极，负极发生氧化反应．

解答： 解：（1）平衡常数等于生成物与反应物的浓度幂的之积，为

c(CH3OH)

c(CO)c2(H2)

，正反应为放热反应，升高温度平衡逆向移动，则平衡常数减小，
故答案为：K=

c(CH3OH)

c(CO)c2(H2)

；减小；
（2）A、因容器体积不变，则无论受否达到平衡状态，则混合气体的密度保持不变，不能用于判断是否达到平衡，故A错误；       
B、甲醇的质量分数保持不变，可说明达到平衡状态，故B正确；
C、CO的浓度保持不变，可说明达到平衡状态，故C正确；            
D、2v_逆（H₂）=v_正（CH₃OH），正逆反应速率不等，没有达到平衡状态，姑姑D错误．
故答案为：AD；
（3）该反应为放热反应，温度越高CO的转化率越小，所以曲线X为210℃，由图象可知曲线Z为270℃，
a 点CO的转化率为50%，则△n（CO）=0.5mol，△n（H₂）=1mol，
H₂的反应速率为

1mol 2L

5min

=0.1mol/（L?min），
故答案为：270℃； 0.1mol/（L?min）；
（4）①燃料电池中通入氧气的为正极，发生还原反应，故答案为：a；
②甲醇燃料电池是原电池反应，甲醇在负极失电子发生氧化反应，电极反应为：CH₃OH-6e^-+H₂O=CO₂↑+6H⁺，
故答案为：CH₃OH-6e^-+H₂O=CO₂↑+6H⁺．

点评：本题综合性较大，涉及化学平衡常数、化学平衡影响因素以及电化学知识等，为高考常见题型，侧重于学生的分析、计算能力的考查，难度较大．