Question

17．能源短缺是人类社会面临的重大问题．甲醇是一种可再生能源，具有广泛的开犮和应用前景．工业上通过媒的气化生成的CO和H₂合成甲醇，反应原理为：CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）

（1）在一容积可变的密闭容器中充有10mol CO和20mol H₂，在催化剂作用下发生反应生成甲醇．CO的平衡转化率（a）与温度（T）、压强（p）的关系如图1所示．
①合成甲醇的反应为放热（填“放热”或“吸热”）反应．判断理由是温度升高平衡逆向移动，即逆反应方向为吸热，所以正反应方向为放热．平衡常数K_A＞K_C（填“＞”、“＜”或“=”）．
②下列有关该反应的说法正确的是D（填字母序号）．
A．当v（CO）_生成=2v_消耗（H₂） 时该反应达到平衡状态
B．其它条件不变，只改变CO和H₂的投料量，该反应的焓变发生改变
C．在反应过程中混合气体的密度和相对平均分子质量均不发生变化
D．使用催化剂可以减小反应的活化能
（2）下列措施可以提高甲醇产率的是ACD．
A．压缩容器体积
B．恒容条件下充入He，使体系总压强增大
C．将CH₃OH （g）从体系中分离
D．恒压条件下再充入10mol CO和20mol H₂
（3）甲醇一一空气燃料电池装置如图2所示．
①该电池甲电极的电极反应式为CH₃OH-6e^-+H₂O=CO₂↑+6H⁺．
②若用此甲醇燃料电池电解200mL-定浓度NaCl与CuSO₄的混合溶液（电极为惰性电极，不参与反应），电极产生气体体积（标况下）与电解时间的关系图如图3所示，此溶液中硫酸铜的浓度为0.1mol/L．

Answer 1

分析 （1）①根据温度和CO的转化率确定反应热；温度不变，化学平衡常数不变，温度升高平衡向吸热的方向移动，平衡常数变化；
②A．不同物质的正、逆反应速率之比等于其计量数之比是平衡状态；
B．在一定条件下，焓变是一个定值，与物质投料量无关；
C．相对平均分子质量=$\frac{m}{n}$，这是一个气体体积发生变化的反应，即n变，根据质量守恒定律m不变，故相对平均分子质量变化；
D．使用催化剂可以减小反应的活化能；
（2）根据化学平衡移动原理，增加甲醇产率，即使化学平衡正向移动即可；
（3）①甲醇发生氧化反应，在负极反应，正极是氧气在反应，注意电解质是酸性的，据此书写电极反应式；
②结合图可知，Ⅰ为阴极气体体积与时间的关系，Ⅱ为阳极气体体积与时间的关系，计算时抓住电子守恒．

解答 解：（1）①据图象可知，温度升高平衡逆向移动，即逆反应方向为吸热，所以正反应方向为放热；因B点与A点温度相同，K不变，对于上述反应温度升高平衡向逆反应方向移动，平衡常数减小，所以A、B、C三点的平衡常数K_A=K_B＞K_C，
故答案为：放热；温度升高平衡逆向移动，即逆反应方向为吸热，所以正反应方向为放热；＞；
②A．不同物质的正、逆反应速率之比等于其计量数之比是平衡状态，故A错误；
B．在一定条件下，焓变是一个定值，与物质投料量无关，故B错误；
C．相对平均分子质量=$\frac{m}{n}$，这是一个气体体积发生变化的反应，即n变，根据质量守恒定律m不变，故相对平均分子质量变化，故C错误；
D．使用催化剂可以减小反应的活化能，故D正确，
故答案为：D；
（2）A、对于反应CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g），反应物气体体积大于生成物，压缩容器体积时，压强增大，平衡正向移动，可增加甲醇产率，A正确；
B、充入He，不影响各气体的分压，平衡不移动，不能增加甲醇产率，故B错误；
C、分离出CH₃OH，平衡正向移动可提高甲醇产率，故C正确；
D、体积不变，再充入10mol CO和20mol H₂反应物气体，平衡正向移动，可增加甲醇产率，故D正确．
故选ACD；
故答案为：ACD；
（3）①氢离子向右移动，说明右面的电极是正极，故甲醇应从b也就是负极通入，即电极甲为负极，负极上甲醇发生失电子的氧化反应，在酸性条件下，电极反应式应为：CH₃OH-6e^-+H₂O=CO₂↑+6H⁺．
故答案为：CH₃OH-6e^-+H₂O=CO₂↑+6H⁺；
②Ⅰ为阴极气体体积与时间的关系，Ⅱ为阳极气体体积与时间的关系①由图可知，产生氯气为224mL，则由2Cl^--2e^-=Cl₂↑可知，n（NaCl）=$\frac{0.224L}{22.4L/mol}$×2=0.02mol，由t₂时生成氧气为112mL，n（O₂）=$\frac{0.112L}{22.4L/mol}$=0.005mol，则共转移电子为0.02mol+0.005mol×4=0.04mol，
根据电子守恒及Cu²⁺+2e^-=Cu可知，n（CuSO₄）=$\frac{0.04mol}{2}$=0.02mol，所以c（CuSO₄）=$\frac{0.02mol}{0.2L}$=0.1mol/L，
故答案为：0.1．

点评 本题考查平衡常数影响因素，化学平衡的影响因素，电极方程式的书写，题目难度中等，侧重于考查学生对基础知识的综合应用能力，解题时注意把握化学平衡的影响因素等内容．