Question

4．甲醇是一种理想的液体燃料，工业上可利用CO与H₂反应合成甲醇，即CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（l），该反应是放热反应．若在体积为2L的密闭容器中加入4molH₂和一定量的CO后，CO和CH₃OH（g）的浓度随时间的变化情况如图1所示．

（1）该反应在0～3min内用H₂表示的反应速率为0.5mol/（L•min）．
（2）该反应进行10min后，在其他条件不变时，只降低体系的温度，则该反应的逆反应速率将减小（填“增大”、“不变”或“减小”）．
（3）该反应达到平衡状态的标志是b
a．混合气体的密度不变            b．H₂的生成速率是CH₃OH（g）生成速率的2倍
c．CO是CH₃OH（g）浓度的$\frac{1}{3}$  d．CO、H₂和CH₃OH（g）的分子数之比为1：2：1
（4）甲醇-空气电池是一种高效、低污染的质子交换膜燃料电池，电池总反应为CH₃OH+3O₂=2CO₂+4H₂O．图2为该电池的示意图，则该装置中d（填“c”或“d”）为电池的正极．

Answer 1

分析 （1）依据图象分析计算甲醇的反应速率，结合反应速率之比等于化学方程式计量数之比计算得到氢气表示的反应速率；
（2）降低反应的温度，反应速率减小；
（3）化学平衡的标志是正逆反应速率相同，各组分含量保持不变，及其衍生的物理量的变化分析判断；
（4）原电池中电子从负极经外电路流向正极，负极发生氧化反应，正极发生还原反应．

解答 解：（1）甲醇的反应速率v（CH₃OH）=$\frac{0.75mol/L}{3min}$=0.25mol/L•min，结合反应速率之比等于化学方程式计量数之比计算得到氢气表示的反应速率v（H₂）=2v（CH₃OH）=0.5mol/（L•min），
故答案为：0.5mol/（L•min）；
（2）该反应进行10min后，在其他条件不变时，只降低体系的温度，则该反应的逆反应速率减小，故答案为：减小；
（3）CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（l），该反应是气体体积减小的放热反应，
a．混合气体的密度始终不变，不能说明反应达到平衡状态，故a错误；            
b．H₂的生成速率是CH₃OH（g）生成速率的2倍，证明正逆反应速率相同，说明反应达到平衡状态，故b正确；
c．CO是CH₃OH（g）浓度的$\frac{1}{3}$ 和起始量平衡量有关，不能说明正逆反应速率相同，故c错误；
d．CO、H₂和CH₃OH（g）的分子数之比为1：2：1和起始量、消耗量、平衡量有关不能说明反应达到平衡状态，故d错误；
故答案为：b；
（4）原电池中电子从负极经外电路流向正极，根据电子流向可知c电极为负极，d电极为正极，甲醇在负极上发生氧化反应，电极反应式为CH₃OH-6e^-+H₂O=CO₂+6H⁺，正极电极反应为O₂+4H⁺+4e^-=2H₂O，
故答案为：d．

点评 本题考查了图象分析，化学平衡影响因素的判断，原电池电极名称的分析，主要是反应速率概念计算和平衡标志的理解应用，掌握基础是解题关键，题目难度中等．