Question

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），现在实验室模拟该反应并进行分析．

（1）下列各项中，不能够说明该反应已达到平衡的是

 

（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的分解速率和CH₃OH的生成速率相等
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1mol 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

 

．
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）甲醇燃料电池的工作原理如图2所示．
①请写出c口通入的物质发生的电极反应式

 

．
②工作一段时间后，当0.2mol甲醇完全反应生成CO₂时，有

 

mol电子转移．
（4）利用图3装置，可以模拟铁的电化学防护．
若X为碳棒，为减缓铁的腐蚀，开关K应该置于

 

 （填“M”或“N”）处．
若X为锌，开关K置于（填“M”或“N”）处，该电化学防护法称为

 

．

Answer 1

考点：转化率随温度、压强的变化曲线,化学电源新型电池,化学平衡的影响因素,化学平衡状态的判断

专题：化学平衡专题,电化学专题

分析：（1）可逆反应达到平衡状态时，正逆反应速率相等（同种物质）或正逆反应速率之比等于系数之比（不同物质），平衡时各种物质的物质的量、浓度等不再发生变化，由此衍生的一些物理量不变，以此分析；
（2）①根据温度对化学平衡的影响来回答；
②温度对化学平衡常数的影响和反应的吸放热有关；
③化学平衡正向移动可增加甲醇产率；
（3）在甲醇燃料电池中，燃料甲醇作负极，发生失电子的氧化反应，氧气作正极，发生得电子的还原反应，根据电极反应以及电子守恒来计算转移电子的量；
（4）作原电池正极或作电解池阴极的金属被保护．

解答： 解：（1）A．由方程式可以看出，反应前后气体的物质的量不相等，只有达到平衡状态，容器压强不发生变化，能判断反应达到平衡状态，故A错误；
B．一定条件下，CH₃OH分解的速率和CH₃OH生成的速率相等，即正逆反应速率相等，所以能判断反应达到平衡状态，故B错误；
C、一定条件下，CO、H₂和CH₃OH的浓度保持不变是平衡的标志，故C错误；
D、一定条件下，单位时间内消耗2molCO，同时生成1mol CH₃OH，只能表明正反应速率，不能表示正逆反应速率相等，故D正确．
故选D．
（2）①反应CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）中，反应向右进行，一氧化碳的转化率增大，温度升高，化学平衡向着吸热方向进行，根据图中的信息可以知道：T₂＞T₁，所以该反应是放热反应，＜0，故答案为：＜；
②对于放热反应，温度越高，化学平衡常数越小，T₂＞T₁，反之越大，所以K₁＞K₂，故答案为：＞；
③A、若容器容积不变，升高温度，反应CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）平衡逆向移动，甲醇产率降低，故A错误；
B、将CH₃OH（g）从体系中分离，反应CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）平衡正向移动，甲醇产率增大，故B正确；
C、使用合适的催化剂不会引起化学平衡的移动，甲醇的转化率不变，故C错误；
D、若容器容积不变，充入He，使体系总压强增大，单质各组分的浓度不变，化学平衡不移动，甲醇的转化率不变，故D错误；
故选B；
（3）①在甲醇燃料电池中，燃料甲醇作负极，氧气作正极，电解质中的阳离子移向正极，所以b口通入的物质为甲醇，c口通入的物质为氧气，该电池正极是氧气发生得电子的还原反应，电极反应式为：O₂+4e^-+4H⁺=2H₂O；
故答案为：O₂+4e^-+4H⁺=2H₂O；
②当0.2mol甲醇完全反应生成CO₂时，根据总反应：2CH₃OH+3O₂=2CO₂+4H₂O，消耗氧气0.3mol，转移电子1.2mol；
故答案为：1.2；
（4）作原电池正极或作电解池阴极的金属被保护，若X为碳棒，为减缓铁的腐蚀，则铁应作电解池阴极，所以开关K应该置于处N处；
若X为锌，开关K置于M处，该装置构成原电池，锌易失电子作负极，铁作正极而被保护，该电化学防护法称为牺牲阳极的阴极保护法，
故答案为：N；M；牺牲阳极的阴极保护法．

点评：本题是一道关于化学平衡状态的判断、化学平衡的移动以及燃料电池的工作原理知识的考题，金属的腐蚀与防护，要求学生具有分析和解决问题的能力，难度不大．