Question

18．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
开发和应用前景．
（1）工业上合成甲醇的反应原理为：CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g），
如表所列数据是该反应在不同温度下的化学平衡常数（K）．

温度	250℃	300℃	350℃
K	2.041	0.270	0.012

①对于气相反应，用某组分（B）的平衡压强（ P_B）代替物质的量浓度（ c_B）也可表示平衡常数（记作K_P），写出该反应的平衡常数表达式K_P=$\frac{P（C{H}_{3}OH）}{P（C{O}_{2}）×{P}^{2}（{H}_{2}）}$．
②下列措施可以加快反应速率且能提高CO 转化率的是c．
a．再充入CO 　b．将甲醇液化并及时分离出　c．增大压强d．加入催化剂e．降低温度
③在300℃时，将2mol CO、3mol H₂ 和2mol CH₃OH 充入容积为1L 的密闭容器中，此时反应将向正反应方向进行（填“向正反应方向进行”、“向逆反应方向进行”或“处于平衡状态”）．
（ 2 ） 以甲醇、氧气为原料，KOH 溶液作为电解质构成燃料电池总反应为：2CH₃OH+3O₂+4OH^-=2CO${\;}_{3}^{2-}$+6H₂O，则负极的电极反应式为：CH₃OH+8OH^--6e^-=CO₃^2-+6H₂O，随着反应的不断进行溶液的pH减小 （填“增大”“减小”或“不变”）．
（3）如果以该燃料电池为电源，石墨作两极电解饱和食盐水，则该电解过程中阳极的电极反应式为：2Cl^--2e^-=Cl₂↑；如果电解一段时间后NaCl 溶液的体积为1L，溶液的pH 为12（25℃下测定），则理论上消耗氧气的体积为56 mL（标况下）．

Answer 1

分析 （1）①由题目信息可知，用某组分（B）的平衡压强（P_B）表示平衡常数为：生成物分压的系数次幂乘积与反应物分压系数次幂乘积的比；
②a．再充入CO，CO的转化率降低；　
b．将甲醇液化并及时分离出，反应速率减慢；
c．增大压强，反应速率加快，平衡向气体体积减小的方向移动；
d．加入催化剂，不影响平衡移动；
e．降低温度，反应速率减慢；
③计算此时浓度商Qc，若Qc=K，处于平衡状态，若Qc＜K，反应向正反应进行，若Qc＞K，反应向逆反应进行；
（2）原电池负极发生氧化反应，甲醇在负极失去电子，碱性条件下生成碳酸根离子与水；反应的不断进行溶液的消耗氢氧化钠，溶液碱性减弱；
（3）电解池阳极发生氧化反应，氯离子在阳极失去电子生成氯气；根据n=cV计算NaOH物质的量，根据2NaCl+2H₂O$\frac{\underline{\;电解\;}}{\;}$H₂↑+Cl₂↑+2NaOH计算生成氯气物质的量，根据电子转移守恒计算氧气物质的量，进而计算氧气体积．

解答 解：（1）①由题目信息可知，用某组分（B）的平衡压强（P_B）表示平衡常数为：生成物分压的系数次幂乘积与反应物分压系数次幂乘积的比，故该反应的平衡常数表达式K_P=$\frac{P（C{H}_{3}OH）}{P（C{O}_{2}）×{P}^{2}（{H}_{2}）}$，
故答案为：$\frac{P（C{H}_{3}OH）}{P（C{O}_{2}）×{P}^{2}（{H}_{2}）}$；
②a．再充入CO，反应速率加快，但CO的转化率降低，故a错误；　
b．将甲醇液化并及时分离出，平衡正向移动，CO转化率增大，但反应速率减慢，故b错误；
c．增大压强，反应速率加快，平衡正向移动，CO转化率增大，故c正确；
d．加入催化剂，可以加快反应速率，但不影响平衡移动，CO转化率不变，故d错误；
e．降低温度，反应速率减慢，故e错误，
故选：c；
③此时浓度商Qc=$\frac{2}{2×{3}^{2}}$=$\frac{1}{9}$＜K=0.27，反应向正反应进行，故答案为：向正反应方向进行；
（2）原电池负极发生氧化反应，甲醇在负极失去电子，碱性条件下生成碳酸根离子与水，负极电极反应式为：CH₃OH+8OH^--6e^-=CO₃^2-+6H₂O；反应的不断进行溶液的消耗氢氧化钠，溶液碱性减弱，溶液pH减小，
故答案为：CH₃OH+8OH^--6e^-=CO₃^2-+6H₂O；减小；
（3）电解池阳极发生氧化反应，氯离子在阳极失去电子生成氯气，阳极电极反应式为：2Cl^--2e^-=Cl₂↑；
电解一段时间，溶液的pH=12，则溶液中c（OH^-）=0.01mol/L，则n（OH^-）=0.01mol/L×1L=0.01mol，根据2NaCl+2H₂O$\frac{\underline{\;电解\;}}{\;}$H₂↑+Cl₂↑+2NaOH可知，n（Cl₂）=0.01mol×$\frac{1}{2}$=0.005mol，根据电子转移守恒有4n（O₂）=2n（Cl₂），所以n（O₂）=$\frac{0.005mol×2}{4}$=0.0025mol，故原电池消耗氧气的体积为0.0025mol×22.4L/mol=0.056L=56mL，
故答案为：2Cl^--2e^-=Cl₂↑；56．

点评 本题考查平衡常数、化学平衡及反应速率影响因素、电化学等，属于拼合型题目，（3）中注意根据电子转移守恒计算氧气体积，难度中等．