Question

Ⅰ．某一反应体系中有反应物和生成物共八种物质：KMnO₄、SO₂、CuS、H₂SO₄、CuSO₄、K₂SO₄ MnSO₄、H₂O．反应中氧化过程如下：CuS→SO₂．写出并配平该反应的化学方程式

 

Ⅱ．如何降低大气中 CO₂的含量及有效地开发利用碳资源是目前亟待解决的问题
（1）工业上一般以 CO 和 H₂ 为原料合成甲醇：CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）△H₁=-116kJ?mol^-1，下列措施中既有利于增大反应速率又有利于提高 CO 转化率的是

 

A．随时将 CH₃OH 与反应混合物分离  B．降低反应温度   C．增大体系压强      D．使用高效催化剂
（2）在容积为 2L 的恒容容器中，分别研究在 230℃、250℃和 270℃三种温度下合成甲醇的规律．如图1是上述三种温度下不同的 H₂和 CO 的起始组成比（起始时 CO 的物质的量均为 2mol）与 CO平衡转化率的关系．在上述三种温度中，曲线 Z 对应的温度是

 

，a 点混合气体的平均分子量为

 

（小数点后保留两位数字）
（3）如图2所示是一种酸性燃料电池酒精检测仪，具有自动吹气流量侦测与控制的功能，则该电池的负极反应式为

 

．

Answer 1

考点：化学平衡的影响因素,氧化还原反应方程式的配平,化学电源新型电池,转化率随温度、压强的变化曲线

专题：基本概念与基本理论

分析：I．该反应中氧化过程为CuS→SO₂，CuS作还原剂，要使该反应发生，需要氧化剂，酸性条件下KMnO₄具有强氧化性，所以可以作氧化剂，则MnSO₄为还原产物，溶液呈酸性，硫酸是反应物，水是生成物，据此书写方程式；
II．（1）该可逆反应是反应前后气体体积减小的放热反应，增大反应速率又有利于提高CO转化率，应该增大压强；
（2）该反应的正反应是放热反应，升高温度平衡向逆反应方向移动，则CO的转化率降低，所以Z表示最高温度下的反应；
a点时，n（H₂）/n（CO）=1.5，反应开始时n（CO）=2mol，则开始时n（H₂）=3mol，CO的转化率为50%，平衡时n（CO）=2mol×（1-50%）=1mol，n（H₂）=3mol-2×（2mol×50%）=2mol，n（CH₃OH）=1mol，平衡时混合气体的物质的量=1mol+2mol+1mol=4mol，混合气体质量=2mol×28g/mol+3mol×2g/mol=62g，根据M=

m

n

计算其平均相对分子质量；
（3）该电池为燃料电池，交换膜为质子交换膜，说明溶液呈酸性，则负极上乙醇失电子发生氧化反应生成乙酸，正极上氧气得电子和氢离子反应生成水．

解答： 解：I．该反应中氧化过程为CuS→SO₂，CuS作还原剂，要使该反应发生，需要氧化剂，酸性条件下KMnO₄具有强氧化性，所以可以作氧化剂，则MnSO₄为还原产物，溶液呈酸性，硫酸是反应物，水是生成物，根据转移电子相等、原子守恒配平方程式为6KMnO₄+5CuS+14H₂SO₄=3K₂SO₄+6MnSO₄+5CuSO₄+5SO₂↑+14H₂O，
故答案为：6KMnO₄+5CuS+14H₂SO₄=3K₂SO₄+6MnSO₄+5CuSO₄+5SO₂↑+14H₂O；
II．（1）该可逆反应是反应前后气体体积减小的放热反应，
A．随时将CH₃OH与反应混合物分离，平衡向正反应方向移动，但反应速率不变，故错误；  
B．降低反应温度平衡向正反应方向移动，但反应速率减小，故错误；  
C．增大体系压强，平衡向正反应方向移动且反应速率增大，故正确；     
D．使用高效催化剂，反应速率增大，但平衡不移动，故错误；
故选C；
（2）该反应的正反应是放热反应，升高温度平衡向逆反应方向移动，则CO的转化率降低，所以Z表示最高温度 270℃下的反应；
a点时，n（H₂）/n（CO）=1.5，反应开始时n（CO）=2mol，则开始时n（H₂）=3mol，CO的转化率为50%，平衡时n（CO）=2mol×（1-50%）=1mol，n（H₂）=3mol-2×（2mol×50%）=2mol，n（CH₃OH）=1mol，平衡时混合气体的物质的量=1mol+2mol+1mol=4mol，混合气体质量=2mol×28g/mol+3mol×2g/mol=62g，根据M=

m

n

得混合气体平均摩尔质量=

62g

4mol

=15.5g/mol，气体的摩尔质量在数值上等于其相对分子质量，所以该混合气体的平均相对分子质量为15.50，
故答案为：270℃；15.50；
（3）该电池为燃料电池，交换膜为质子交换膜，说明溶液呈酸性，则负极上乙醇失电子发生氧化反应生成乙酸，电极反应式为CH₃CH₂OH+H₂O-4e^-=CH₃COOH+4H⁺，正极上氧气得电子和氢离子反应生成水，电极反应式为O₂+4H⁺+4e^-=2H₂O，
故答案为：CH₃CH₂OH+H₂O-4e^-=CH₃COOH+4H⁺．

点评：本题考查较综合，涉及原电池原理、化学平衡计算、外界条件对化学平衡的影响、氧化还原反应等知识点，侧重考查学生分析问题、灵活运用知识解答问题能力，知道（1）中氧化剂的确定方法，了解常见的氧化剂、还原剂，题目难度中等．