Question

随着环保意识的增强，清洁能源越来越受人们关注．
（1）氢能在21世纪有可能在世界能源舞台上成为一种举足轻重的二次能源．
①利用甲烷与水反应制备氢气，因原料价廉产氢率高，具有实用推广价值，已知该反应为：CH₄（g）+H₂O（g）=CO（g）+3H₂（g）△H=+206.1kJ?mol^-1若800℃时，反应的平衡常数K₁=1.0，某时刻测得该温度下，密闭容器中各物质的物质的量浓度分别为：c（CH₄）=3.0mol?L^-1；c（H₂O）=8.5mol?L^-1；c（CO）=2.0mol?L^-1；c（H₂）=2.0mol?L^-1，则此时正逆反应速率的关系是v_正

 

v_逆．（填“＞”、“＜”或“=”）
②实验室用Zn和稀硫酸制取H₂，该反应进行时溶液中水的电离平衡

 

移动（填“向左”、“向右”或“不”）；若加入少量下列固体试剂中的

 

，产生H₂的速率将增大．
a．NaNO₃             b．CuSO₄           c．Na₂SO₄              d．NaHSO₄
（2）甲醇是一种可再生能源，具有开发和应用的广阔前景，工业上一般可采用如下反应来合成甲醇：CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g），分析该反应并回答下列问题：
①下列各项中，能说明该反应已达到平衡的是

 

．
a．恒温、恒容条件下，容器内的压强不发生变化
b．一定条件下，CH₃OH分解的速率和CH₃OH生成的速率相等
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1mol CO，同时生成l mol CH₃OH
②如图1是该反应在不同温度下CO的转化率随时间变化的曲线．T₁和T₂温度下的平衡常数大小关系是K₁

 

 K₂．（填“＞”、“＜”或“=”）
③已知甲醇燃料电池的工作原理如图2所示．该电池工作时，b口通入的物质为

 

，该电池正极的电极反应式为：

 

，工作一段时间后，当6.4g甲醇（CH₃OH）完全反应生成CO₂时，有

 

mol电子发生转移．

Answer 1

考点：用化学平衡常数进行计算,原电池和电解池的工作原理,化学反应速率的影响因素,化学平衡状态的判断

专题：

分析：（1）①计算该浓度下的溶度积Qc，与平衡常数k=1比较，若Qc=1，处于平衡状态，若Qc＞1，平衡向逆反应移动，若Qc＜1，向正反应移动．
②实验室用Zn和稀硫酸制取H₂，随反应进行溶液中氢离子浓度降低，水的电离平衡增大；增大氢离子的浓度、加热、形成原电池等可以加快反应速率．
（2）化学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．
a．恒温、恒容条件下，随反应进行反应混合物的物质的量减小，体系压强减小，容器内的压强不发生变化，说明到达平衡．
b．CH₃OH分解的速率和CH₃OH生成的速率相等，正逆反应速率相等，反应达平衡状态．
c．各物质的浓度不变，说明到达平衡状态．
d．单位时间内消耗1mol CO，同时生成l mol CH₃OH，都表示正反应速率，自始至终都按1：1进行．
②温度越高反应速率越快，到达平衡时间越短，故T₁＜T₂，温度越高CO的转化率越小，升高温度平衡向逆反应移动．
③由质子的定向移动可知左侧电极为燃料电池的负极，右侧电极为燃料电池的正极，负极发生氧化反应，甲醇在负极放电，正极反应还原反应，氧气在正极放电，负极电极反应式为CH₃OH（l）+H₂O（l）-6e^-=CO₂（g）+6H⁺，正极反应式为O₂+4e^-+4H⁺=2H₂O．6.4g甲醇（CH₃OH）的物质的量为

6.4g

32g/mol

=0.2mol，根据电极反应式计算转移电子的物质的量．

解答： 解：（1）①浓度商Qc=

23×2

3×8.5

=0.6＜1，所以平衡向正反应移动，即v_正＞v_逆，故选：＞；
②实验室用Zn和稀硫酸制取H₂，随反应进行溶液中氢离子浓度降低，水的电离平衡增大，向右移动；
a．加入NaNO₃，氢离子浓度不变，不能增大氢气的生成速率，故a错误；
b．加入CuSO₄，形成原电池，加快氢气的生成速率，故b正确；
c．加入Na₂SO₄，氢离子浓度不变，不能增大氢气的生成速率，故c错误；
d．加入NaHSO₄，NaHSO₄电离出氢离子，氢离子浓度增大，氢气的生成速率加快，故d正确；
故答案为：向右；bd；
（2）①化学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．
a．恒温、恒容条件下，随反应进行反应混合物的物质的量减小，体系压强减小，容器内的压强不发生变化，说明到达平衡，故a正确；
b．CH₃OH分解的速率和CH₃OH生成的速率相等，正逆反应速率相等，反应达平衡状态，故b正确；
c．CO、H₂和CH₃OH的浓度保持不变，说明到达平衡状态，故c正确；
d．单位时间内消耗1mol CO，同时生成l mol CH₃OH，都表示正反应速率，自始至终都按1：1进行，故d错误；
故选：abc；
②温度越高反应速率越快，到达平衡时间越短，故T₁＜T₂，温度越高CO的转化率越小，升高温度平衡向逆反应移动，温度平衡常数降低，温度越高平衡常数越小，即K₁＞K₂，故答案为：＞；
③由质子的定向移动可知左侧电极为燃料电池的负极，右侧电极为燃料电池的正极，负极发生氧化反应，甲醇在负极放电，故b通入CH₃OH；正极反应还原反应，氧气在正极放电，正极反应式为O₂+4e^-+4H⁺=2H₂O；6.4g甲醇（CH₃OH）的物质的量为

6.4g

32g/mol

=0.2mol，由负极电极反应式为CH₃OH+H₂O-6e^-=CO₂+6H⁺可知转移电子的物质的量为0.2mol×6=1.2mol，故答案为：CH₃OH；O₂+4e^-+4H⁺=2H₂O；1.2．

点评：本题考查化学平衡判断与移动、化学平衡常数、影响化学反应速率的因素、原电池等，综合性较大，难度中等，是对知识的综合利用，加强对基础知识理解掌握．