Question

（1）氢是未来最好的能源选择，制取氢气的成熟的方法有很多，利用甲醇可以与水蒸气反应生成氢气，反应方程式如下：
CH₃OH（g）+H₂O（g）═CO₂（g）+3H₂（g）△H（298K）=+49.4kJ/mol
一定条件下，向容积为2L的恒容密闭容器中充入1mol CH₃OH（g）和3mol H₂O（g），实验测得：达到平衡状态时，吸收热量19.76KJ．则
①达平衡时混合气体的压强是反应前的

 

倍．
②该条件下的该反应的平衡常数是

 

（保留两位有效数字）．
③该条件下反应达平衡状态的依据是（填序号）

 

．
A．υ_正（CH₃OH）=υ_正（CO₂）     B．混合气体的密度不变
C．c（CH₃OH）=c（H₂O）       D．混合气体的总物质的量不变
（2）甲、乙两容器体积相等，甲容器通入1mol SO₂和1mol O₂，乙容器通入1mol SO₃和0.5mol O₂，发生反应：2SO₂（g）+O₂（g）═2SO₃（g）△H＜0，甲、乙起始反应温度相同，均和外界无热量交换，平衡时，甲中SO₂的转化率为a，乙中SO₃的分解率为b，则a、b的关系为a+b

 

1（填“＜”、“＞”或“=”）．
（3）甲醇是燃料电池的常见原料，现以熔融的K₂CO₃为电解质，以甲醇为燃料，以空气为氧化剂，以具有催化作用和导电性能的稀土金属材料为电极．如图是甲醇燃料电池模型，试回答下列问题：
①写出该燃料电池的负极反应式

 

．
②空气应该从

 

（选a、b、c、d）通入．M、N是阴离子交换膜，则阴离子移动的方向是

 

（填“从左到右”或“从右到左”）．
③如果用该电池作为电解装置，当有16g甲醇发生反应时，则理论上提供的电量最多为（法拉第常数F=9.65×10⁴ C?mol^-1）

 

．

Answer 1

考点：化学平衡的影响因素,化学电源新型电池,化学平衡的计算

专题：基本概念与基本理论

分析：（1）①恒温恒容下，气体的压强之比等于物质的量之比；
②利用三段式法计算出平衡时的浓度，K=

生成物浓度的幂次方

反应物浓度的幂次方

；
③平衡状态时正逆反应速率相等，各组分的浓度保持不变；
（2）二氧化硫和氧气反应放热，分解三氧化硫吸热，在绝热容器中影响平衡移动；
（3）①结合电解质的成分解答；
②氧气发生还原反应在正极，阴离子移向负极；
③据电极反应式计算．

解答： 解：（1）①吸热19.76KJ，据方程式可以求得，反应的甲醇有

19.76KJ

49.4KJ/mol

=0.4mol，则
              CH₃OH（g）+H₂O（g）═CO₂（g）+3H₂（g）△H（298K）=+49.4kJ/mol
反应前（mol）   1         3        0        0
反应了（mol）  0.4        0.4     0.4     1.2
平衡后（mol）  0.6        2.6      0.4     1.2
平衡后，混合气体的压强是原来的

0.6+2.6+0.4+11.2

1+3

=1.2，
故答案为：1.2；
②K=

生成物浓度的幂次方

反应物浓度的幂次方

=

1．23×0.4

0.6×2.6

≈0.11，
故答案为：0.11；
③A、不能体现正逆反应速率相等，故A错误；
B、体积不变，反应物和生成物都是气体，所以密度永远不变，故B错误；
C、甲醇和水蒸气浓度相等，决定于加入的量，与是否平衡无关，故C错误；
D、反应前后气体体积不同，所以气体总物质的量不变说明正逆反应速率相等，反应达到平衡状态，故D正确；
故选D．
（2）若温度和体积都相同时，a+b=1，但现在是绝热容器，甲中温度会升高，抑制了二氧化硫与氧气化合，乙中温度会降低，抑制了三氧化硫的分解，所以，a+b＜1，故答案为：＜；
（3）①甲醇在负极发生氧化反应，电解质溶液是熔融的K₂CO₃，所以负极的电极反应式应为：CH₃OH-6e^-+3CO₃^2-=4CO₂+2H₂O，
故答案为：CH₃OH-6e^-+3CO₃^2-=4CO₂+2H₂O；
②氧气应在正极反应，所以从d口通入，阴离子从右到左移向负极，故答案为：d；从右到左；
③从电极反应式CH₃OH-6e^-+3CO₃^2-=4CO₂+2H₂O 可知，1mol甲醇反应转移6mol电子，现在有

16g

32g/mol

=0.5mol甲醇反应，转移电子物质的量为3mol，则理论上提供的电量最多为，3mol×9.65×10⁴ C?mol^-1=2.895×10⁵ C，故答案为：2.895×10⁵ C．

点评：本题考查了气体物质的量之比与压强的关系、化学平衡常数的求算、平衡状态的判断、温度对平衡移动的影响、原电池中电极反应式书写、离子移动方向等等，题目有一定难度．