题目内容

Ⅰ:甲醇燃料电池的种类很多。
(1)我们常用的一种甲醇燃料电池,是以甲醇与氧气的反应为原理设计的,其电解质溶液是KOH溶液。写出该电池负极的电极反应式_______________。
(2)下图为常用笔记本电脑所用甲醇质子交换膜燃料电池的结构示意图。该装置中________(填“a”或“b”)为电池的正极,  已知任何反应都具有一定的可逆性。该甲醇质子交换膜燃料电池在实际工作中,各反应物、生成物均以气态的形式存在且反应也具有一定可逆性,即其反应原理可表示为 2CH3OH(g)+3O2(g) 2CO2(g)+4H2O(g),试写出该条件下反应的平衡常数(K)___________ ; 在电脑的使用过程中,电池的温度往往因为各种原因会升高,试判断温度升高时该反应的平衡常数(K)____________(填增大、减小、不变),其反应的正反应速率 ___________(填增大、减小、不变);温度升高_________(填有利或不利于)电池将化学能转化为电能。 
(3)已知在常温常压下:
①2CH3OH(l)+3O2(g)===2CO2(g)+4H2O(g) ΔH1=-1 275.6 kJ·mol-1
②2CO(g)+O2(g)===2CO2(g)  ΔH2=-566.0 kJ·mol-1
③H2O(g)===H2O(l) ΔH3=-44.0 kJ·mol-1
写出甲醇不完全燃烧生成一氧化碳和液态水的热化学方程式:__________。
II:某温度下,向密闭容器中充入2.0 mol CO和1.0mol H2O,发生反应:
CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g)。 CO的转化率随时间变化关系如图,回答下列问题:
(4)如果一个可逆反应的平衡常数K值很大,下列说法正确的是_________(填字母)。
A.该反应的反应物混合后很不稳定   
B.该反应一旦发生将在很短的时间内完成
C.该反应体系达到平衡时至少有一种反应物的百分含量很小           
D.该反应一定是放热反应                 
E.该反应使用催化剂意义不大  
(5)t2时刻向平衡体系中再通入1.0 mol H2O(g),t3时刻重新建立平衡,请在原坐标图中将改变这一条件后CO的转化率的变化趋势表示出来,必须注明再次建立平衡后CO的转化率。
Ⅰ(1)CH3OH+8OH- 6e-=CO32- +6H2O
(2)b  ; ;减小  ;增大 ;不利 
(3)CH3OH(l)+O2(g)===CO(g)+2H2O(l)    ΔH=-442.8 kJ·mol-1
Ⅱ:(4)C
(5)  
练习册系列答案
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(2011?济南二模)煤经过化学加工可转化为气体或液体燃料以及各种化工产品,从而提高了煤的利用率.
(1)将水蒸气通过红热的碳即可产生水煤气.反应为:C(s)+H2O(g)?CO(g)+H2(g)△H=131.5kJ?mol-1
①下列措施中,不能提高碳的转化率的是
b
b
(填字母序号).
a.容器的容积不变,增加水蒸汽的物质的量       b.缩小容器的容积,增大压强
c.及时将水煤气从容器中移走                  d.其他条件不变,升高温度
②又知,C(s)+CO2(g)?2CO(g)△H=172.5kJ?mol-1.则CO(g)+H2O(g)?CO2(g)+H2(g)的焓变(△H)为
-41kJ?mol-1
-41kJ?mol-1
.
(2)CO与H2在一定条件下可反应生成甲醇,CO(g)+2H2?CH3OH(g).甲醇是一种燃料,可用于设计燃料电池.下图是甲醇燃料电池的原理示意图.

①a处通入的是
甲醇
甲醇
(填物质名称),左侧电极上发生
氧化
氧化
(填“氧化”或“还原”)反应.
②该电池工作过程中,H+的移动方向为从
左
左
到
右
右
(填“左”或“右”)
③该电池正极反应式为
4H++O2+4e-=2H2O
4H++O2+4e-=2H2O
.
④若用该电池提供的电能电解60mL NaCl溶液,设有0.01mol CH3OH完全放电,NaCl足量,且电解产生的Cl2全部溢出,电解前后忽略溶液体积的变化,则电解结束后所得溶液的pH=
14
14
.
(3)将等量的CO(g)和H2O(g)分别通入到容积为2L的恒容密闭容器中进行如下反应:CO(g)+H2O(g)?CO2(g)+H2(g)△H=akJ?mol-1,得到下列数据:
实验组 温度/℃ 起始量/mol 平衡量/mol 达到平衡所需时间/min
H2O CO H2
1 650 2 4 1.6 5
2 900 2 4 0.9 t
①在实验1中,以v(CO2)表示该反应的反应速率为
0.16
0.16
mol?L-1?min-1;
②在实验2中,t
<
<
5.(填“>”、“<”或“=”)
(2013?泰安二模)近年来,以天然气等为原料合成甲醇的难题被一一攻克,极大地促进了甲醇化学的发展.
(1)与炭和水蒸气的反应相似,以天然气为原料也可以制得CO和H2,该反应的化学方程式为
CH4+H2O
 高温 
.
 
CO+3H2
CH4+H2O
 高温 
.
 
CO+3H2
.
(2)合成甲醇的一种方法是以CO和H2为原料,其能量变化如图1所示:
由图可知,合成甲醇的热化学方程式为
CO(g)+2H2(g)?CH3OH(g)△H=(a-b)kJ/mol
CO(g)+2H2(g)?CH3OH(g)△H=(a-b)kJ/mol
.
(3)以CO2为原料也可以合成甲醇,其反应原理为:CO2(g)+3H2(g)?CH3OH(g)+H2O(g)
①在lL的密闭容器中,充入1molCO2和3molH2,在500℃下发生反应,测得CO2(g)和CH3OH(g)的浓度随时问变化如图2所示:
则下列说法正确的是
BD
BD
(填字母);
A.3min时反应达到平衡
B.0~10min时用H2表示的反应速率为0.225mol?-1?min-1
C.CO2的平衡转化率为25%
D.该温度时化学平衡常数为
16
3
(mol?L-1)-2

②在相同温度、相同容积的3个密闭容器中,按不同方式投入反应物,保持恒温、恒容,测得反应达到平衡时的有关数据如下:
容器 容器1 容器2 容器3
反应物投入量(始态) 1molCO2、3molH2 0.5molCO2、1.5molH2 1molCH3OH、1molH2O
CH3OH的平衡浓度/mol?L-1 c1 c2 c3
平衡时体系压强/Pa p1 p2 p3
则下列各量的大小关系为c1
等于
等于
c3,p2
小于
小于
p3(填“大于”、“等于”或“小于”).
(4)近年来,甲醇燃料电池技术获得了新的突破,如图3所示为甲醇燃料电池的装置示意图.电池工作时,分别从b、c充入CH3OH、O2,回答下列问题:
①从d处排出的物质是
水
水
,溶液中的质子移向电极
N
N
(填“M”或“N”);
②电极M上发生的电极反应式为
CH3OH+H2O-6e-=CO2+6H+
CH3OH+H2O-6e-=CO2+6H+
.
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).

(1)分析该反应并回答下列问题:
①平衡常数表达式为K=
c(CH3OH)
c(CO)?c(H2)2
c(CH3OH)
c(CO)?c(H2)2
.
②下列各项中,不能够说明该反应已达到平衡的是
D
D
(填序号).
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2mol CO,同时生成1mol 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.
①该反应的焓变△H
<
<
0(填“>”、“<”或“=”).
②T1和T2温度下的平衡常数大小关系是K1
>
>
K2(填“>”、“<”或“=”).
③若容器容积不变,下列措施可增加甲醇产率的是
B
B
.
A、升高温度
B、将CH3OH(g)从体系中分离
C、使用合适的催化剂
D、充入He,使体系总压强增大
(3)2009年10月,中国科学院长春应用化学研究所在甲醇燃料电池技术方面获得新突破,组装出了自呼吸电池及主动式电堆.甲醇燃料电池的工作原理如图2所示.
①该电池工作时,b口通入的物质为
CH3OH
CH3OH
,c口通入的物质为
O2
O2
.
②该电池正极的电极反应式为:
O2+4e-+4H+=2H2O
O2+4e-+4H+=2H2O
.
③工作一段时间后,当6.4g甲醇完全反应生成CO2时,有
1.2
1.2
NA个电子转移.
甲醇是基础有机化工原料和新型清洁燃料,广泛用于制造各种燃料电池.工业上以甲烷和水蒸气为原料制备甲醇,反应过程如下.
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反应Ⅰ:CH4(g)+H2O(g)?CO(g)+3H2(g)△H1
反应Ⅱ:CO(g)+2H2(g)?CH3OH(g)△H2 (△H2<0=
(1)图1是反应Ⅰ进行过程中的能量变化示意图.根据图象判断,升高温度,反应I的平衡常数将
 
 (填“增大”、“减小”或“不变”).
(2)已知在催化剂和一定压强下,反应Ⅱ能自发进行.在容积为1L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.
图2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1mol)与CO平衡转化率的关系,则曲线Z对应的温度是
 
;该温度下上述反应的化学平衡常数为
 
.
(3)图3甲是一种甲醇燃料电池的结构示意图,甲醇提供质子和电子,电子经外电路到达另一极与氧气反应,电池总反应为2CH3OH+3O2
  △  
.
 
2CO2+4H2O.
①M电极的电极反应式为
 
.
②以上述电池做电源,用图3乙所示装置,在实验室中模拟铝制品表面“钝化”处理的过程中,发现Al电极附近逐渐变浑浊并有气泡逸出,原因是(用离子方程式表示):
 
.Al电极应接燃料电池的
 
(填“M”或“N”)极.
(4)合成甲醇时可选用CuCl为催化剂.CuCl是不溶于水的白色固体,制备时向CuCl2溶液中加入过量铜粉,发生反应CuCl2+Cu═2CuCl.在实验过程中应先加入浓盐酸,发生反应CuCl+HCl?H[CuCl2].反应结束后将溶液倒入蒸馏水中有CuCl生成.实验过程中加入浓盐酸的目的是
 
.当c(Cl-)=2×10-3mol?L-1时,c(Cu+)=
 
 mol?L-1.已知:Ksp(CuCl)=1.7×10-7.

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