Question

20．随着环保意识的增强，清洁能源越来越受人们关注．
（1）氢能在二十一世纪有可能在世界能源舞台上成为一种举足轻重的二次能源．
①硫-碘循环分解水制氢主要涉及下列反应：
I．SO₂+2H₂O+I₂═H₂SO₄+2HIⅡ．2HI?H₂+I₂Ⅲ．2H₂SO₄═2SO₂+O₂+2H₂O
分析上述反应，下列判断正确的是c（填序号，下同）．
a．反应Ⅲ易在常温下进行         b．反应I中SO₂氧化性比HI强
c．循环过程中需补充H₂O          d．循环过程中产生l mol O₂的同时产生1mol H₂
②利用甲烷与水反应制备氢气，因原料价廉产氢率高，具有实用推广价值，已知该反应为：CH₄（g）+H₂O（g）═CO（g）+3H₂（g）△H=+206.1kJ•mol^-1
若800℃时，反应的平衡常数K₁=1.0，某时刻测得该温度下，密闭容器中各物质的物质的量浓度分别为：c（CH₄）=3.0mol•L^-1；c（H₂O）=8.5mol•L^-1；c（CO）=2.0mol•L^-1；c（H₂）=2.0mol•L^-1，则此时正逆反应速率的关系是v_正＞v_逆．（填“＞”、“＜”或“=”）
（2）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）
分析该反应并回答下列问题：
①下列各项中，不能说明该反应已达到平衡的是d．
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1mol CO，同时生成l mol 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．
T₁和T₂温度下的平衡常数大小关系是K₁＞ K₂．（填“＞”、“＜”或“=”）
③已知甲醇燃料电池的工作原理如图2所示．
该电池工作时，b口通入的物质为CH₃OH，该电池正极的电极反应式为：O₂+4H⁺+4e^-=2H₂O，工作一段时间后，当6.4g甲醇（CH₃OH）完全反应生成CO₂时，有1.2mol电子发生转移．

Answer 1

分析 （1）①a．硫酸常温下稳定，不易分解；
b．反应中二氧化硫表现还原性，还原性比HI强；
c．1molSO₂消耗2molH₂O生成1molH₂SO₄，1molH₂SO₄分解生成1molSO₂与1molH₂O；
d．由Ⅲ可知产生lmolO₂的同时产生2molSO₂，由I可知2molSO₂生成4molHI，由Ⅱ可知4molHI分解生成2mol H₂；
②计算该浓度下的溶度积Qc，与平衡常数k=1比较，若Qc=1，处于平衡状态，若Qc＞1，平衡向逆反应移动，若Qc＜1，向正反应移动；
（2）①a．恒温、恒容条件下，随反应进行反应混合物的物质的量减小，体系压强减小，容器内的压强不发生变化，说明到达平衡；
b．CH₃OH分解的速率和CH₃OH生成的速率相等，正逆反应速率相等，反应达平衡状态；
c．各物质的浓度不变，说明到达平衡状态；
d．单位时间内消耗1mol CO，同时生成l mol CH₃OH，都表示正反应速率，自始至终都按1：1进行；
②温度越高反应速率越快，到达平衡时间越短，故T₁＜T₂，温度越高CO的转化率越小，升高温度平衡向逆反应移动；
③由质子的定向移动可知左侧电极为燃料电池的负极，右侧电极为燃料电池的正极，负极发生氧化反应，甲醇在负极放电，正极反应还原反应，氧气在正极获得电子，与通过质子交换膜的氢离子结合生成水，负极电极反应式为：CH₃OH（l）+H₂O（l）-6e^-=CO₂（g）+6H⁺，正极反应式为O₂+4e^-+4H⁺=2H₂O，6.4g甲醇（CH₃OH）的物质的量为$\frac{6.4g}{32g/mol}$=0.2mol，根据电极反应式计算转移电子的物质的量．

解答 解：（1）①a．硫酸常温下稳定，不易分解，故a错误；
b．反应中二氧化硫表现还原性，还原性比HI强，故b错误；
c．1molSO₂消耗2molH₂O生成1molH₂SO₄，1molH₂SO₄分解生成1molSO₂与1molH₂O，循环中水的量减少，故应补充水，故c正确；
d．由Ⅲ可知产生lmolO₂的同时产生2molSO₂，由I可知2molSO₂生成4molHI，由Ⅱ可知4molHI分解生成2mol H₂，即循环过程中产生l mol O₂的同时产生2mol H₂，故d错误；
故选：c；
②浓度商Qc=$\frac{{2}^{3}×2}{3×8.5}$=0.6＜1，所以平衡向正反应移动，即v_正＞v_逆，故答案为：＞；
（2）a．恒温、恒容条件下，随反应进行反应混合物的物质的量减小，体系压强减小，容器内的压强不发生变化，说明到达平衡，故a正确；
b．CH₃OH分解的速率和CH₃OH生成的速率相等，正逆反应速率相等，反应达平衡状态，故b正确；
c．CO、H₂和CH₃OH的浓度保持不变，说明到达平衡状态，故c正确；
d．单位时间内消耗1mol CO，同时生成l mol CH₃OH，都表示正反应速率，自始至终都按1：1进行，故d错误，
故选：d；
②温度越高反应速率越快，到达平衡时间越短，故T₁＜T₂，温度越高CO的转化率越小，升高温度平衡向逆反应移动，温度平衡常数降低，温度越高平衡常数越小，即K₁＞K₂，
故答案为：＞；
③由质子的定向移动可知左侧电极为燃料电池的负极，右侧电极为燃料电池的正极，负极发生氧化反应，甲醇在负极放电，故b通入CH₃OH；正极反应还原反应，氧气在正极放电，正极反应式为O₂+4e^-+4H⁺=2H₂O；6.4g甲醇（CH₃OH）的物质的量为$\frac{6.4g}{32g/mol}$=0.2mol，由负极电极反应式为CH₃OH+H₂O-6e^-=CO₂+6H⁺可知转移电子的物质的量为0.2mol×6=1.2mol，
故答案为：CH₃OH；O₂+4e^-+4H⁺=2H₂O；1.2．

点评 本题考查化学平衡状态判断、平衡影响因素、化学平衡常数应用、原电池等，综合性较大，难度中等，是对知识的综合利用，加强对基础知识理解掌握．