题目内容
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．工业上合成甲醇的反应为：CO（g）+2H2（g）?CH3OH（g）；△H
（1）已知，该反应在300℃，5MPa条件下能自发进行，则△H 0，△S 0 （填“＜，＞或=”）．
（2）在300℃，5MPa条件下，将0.20mol的 CO与0.58mol H2的混合气体充入2L密闭容器发生反应，反应过程中甲醇的物质的量浓度随时间的变化如图1所示．
①在0～2min内，以H2表示的平均反应速率为 mol?L-1?s-1．
②列式计算300℃时该反应的平衡常数K= ．
③300℃时，将0.50mol CO、1.00mol H2和1.00mol CH3OH充入容积为2L的密闭容器中，此时反应将 ．
A．向正方向移动 B．向逆方向移动 C．处于平衡状态 D．无法判断
④下列措施可增加甲醇产率的是
A．压缩容器体积 B．将CH3OH（g）从体系中分离
C．充入He，使体系总压强增大 D．再充入0.20mol CO和0.58mol H2
（3）甲醇-空气燃料电池（DMFC）是一种高效能、轻污染电动汽车的车载电池，该燃料电池的电池反应式为：CH3OH（l）+
O2（g）═CO2（g）+2H2O（l）．其工作原理示意图如图2：
在上图的横线上标出a、b、c、d四个出入口通入或排出的物质名称（或化学式）负极的电极反应式为 ．
（1）已知，该反应在300℃，5MPa条件下能自发进行，则△H
（2）在300℃，5MPa条件下，将0.20mol的 CO与0.58mol H2的混合气体充入2L密闭容器发生反应，反应过程中甲醇的物质的量浓度随时间的变化如图1所示．
①在0～2min内，以H2表示的平均反应速率为
②列式计算300℃时该反应的平衡常数K=
③300℃时，将0.50mol CO、1.00mol H2和1.00mol CH3OH充入容积为2L的密闭容器中，此时反应将
A．向正方向移动 B．向逆方向移动 C．处于平衡状态 D．无法判断
④下列措施可增加甲醇产率的是
A．压缩容器体积 B．将CH3OH（g）从体系中分离
C．充入He，使体系总压强增大 D．再充入0.20mol CO和0.58mol H2
（3）甲醇-空气燃料电池（DMFC）是一种高效能、轻污染电动汽车的车载电池，该燃料电池的电池反应式为：CH3OH（l）+
| 3 |
| 2 |
在上图的横线上标出a、b、c、d四个出入口通入或排出的物质名称（或化学式）负极的电极反应式为
考点：反应热和焓变,化学电源新型电池,化学平衡常数的含义,化学平衡的影响因素,化学平衡的调控作用
专题：化学反应中的能量变化,化学平衡专题,电化学专题
分析：（1）当△H-T△S＜0时，反应自发进行，结合方程式分析即可；
（2）①据图分析出△c和△t即可求出；
②利用三段式法解答；
③据该温度下的K和Qc比较，当K＞Qc时平衡正向移动，K＜Qc时平衡逆向移动；
④结合影响平衡移动的因素，使平衡正向移动即可；
（3）甲醇-空气燃料电池是甲醇和氧气反应的氧化还原反应，甲醇在反应中失去电子发生氧化反应在原电池中做负极，反应生成二氧化碳，氧气再正极上得到电子生成氢氧根离子，依据质子交换最终生成水；电极反应依据电池反应和正极电极反应计算得到．
（2）①据图分析出△c和△t即可求出；
②利用三段式法解答；
③据该温度下的K和Qc比较，当K＞Qc时平衡正向移动，K＜Qc时平衡逆向移动；
④结合影响平衡移动的因素，使平衡正向移动即可；
（3）甲醇-空气燃料电池是甲醇和氧气反应的氧化还原反应，甲醇在反应中失去电子发生氧化反应在原电池中做负极，反应生成二氧化碳，氧气再正极上得到电子生成氢氧根离子，依据质子交换最终生成水；电极反应依据电池反应和正极电极反应计算得到．
解答：
解：（1）该反应的反应物有3mol气体，生成物有1mol气体，所以△S＜0，反应自发进行△H-T△S＜0，故△H必须小于0，故答案为：＜；＜；
（2）①2min时，甲醇浓度变化0.02mol/L，则氢气浓度变化为0.04mol/L，v（H2）=
=
=0.02mol/（L?min）-1
故答案为：0.02；
②CO（g）+2H2（g）?CH3OH（g）
加入的（mol/L） 0.10 0.29 0
反应的（mol/L） 0.02 0.04 0.02
平衡后（mol/L） 0.08 0.25 0.02
K=
=
（mol/L）-2=4（mol/L）-2
故答案为：K=4（mol/L）-2；
③Qc=K=
=
=8＞K=4，所以平衡逆向移动，选B，
故答案为：B；
④A、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、分离出甲醇，平衡正向移动可增加甲醇产率，故B正确；
C、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C错误；
D、体积不变，再充入反应物气体，平衡正向移动，可增加甲醇产率，故D正确．
故选：ABD；
（3）①甲醇-空气燃料电池是甲醇和氧气反应的氧化还原反应，甲醇在反应中失去电子发生氧化反应在原电池中做负极，反应生成二氧化碳，氧气再正极上得到电子生成氢氧根离子，依据质子交换最终生成水；所以a放出CO2；b通入甲醇水溶液；c通入O2；d流出水；标注如图：
，
电池反应为：2CH3OH（l）+3O2（g）=2CO2（g）+4H2O（l）；
电池正极反应为：O2+4H++4e-=2H2O；
电池反应-正极反应×3得到负极电极反应为：CH3OH（l）+H2O（l）-6e-=CO2（g）+6H+；
故答案为：；CH3OH（l）+H2O（l）-6e-=CO2（g）+6H+．
（2）①2min时，甲醇浓度变化0.02mol/L，则氢气浓度变化为0.04mol/L，v（H2）=
| △c |
| △t |
| 0.04mol/L |
| 2min |
故答案为：0.02；
②CO（g）+2H2（g）?CH3OH（g）
加入的（mol/L） 0.10 0.29 0
反应的（mol/L） 0.02 0.04 0.02
平衡后（mol/L） 0.08 0.25 0.02
K=
| c(CH3OH) |
| c(CO)?c2(H2) |
| 0.02 |
| 0.08×0.252 |
故答案为：K=4（mol/L）-2；
③Qc=K=
| c(CH3OH) |
| c(CO)?c2(H2) |
| 0.50 |
| 0.25×0.502 |
故答案为：B；
④A、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、分离出甲醇，平衡正向移动可增加甲醇产率，故B正确；
C、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C错误；
D、体积不变，再充入反应物气体，平衡正向移动，可增加甲醇产率，故D正确．
故选：ABD；
（3）①甲醇-空气燃料电池是甲醇和氧气反应的氧化还原反应，甲醇在反应中失去电子发生氧化反应在原电池中做负极，反应生成二氧化碳，氧气再正极上得到电子生成氢氧根离子，依据质子交换最终生成水；所以a放出CO2；b通入甲醇水溶液；c通入O2；d流出水；标注如图：
，电池反应为：2CH3OH（l）+3O2（g）=2CO2（g）+4H2O（l）；
电池正极反应为：O2+4H++4e-=2H2O；
电池反应-正极反应×3得到负极电极反应为：CH3OH（l）+H2O（l）-6e-=CO2（g）+6H+；
故答案为：
；CH3OH（l）+H2O（l）-6e-=CO2（g）+6H+．
点评：本题考查了化学反应的反应热的计算、原电池的产物判断和电极判断，电极反应，盖斯定律的计算应用，理解概念是关键，原电池原理是常考重点，题目难度中等．
练习册系列答案
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