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5.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)△H;下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℃
K2.0410.2700.012
①写出该反应的平衡常数表达式K=$\frac{c(C{H}_{3}OH)}{c(CO)•{c}^{2}({H}_{2})}$.
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2molCO、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-=2CO32-+6H2O,则负极的电极反应式为:CH3OH+8OH--6e-=CO32-+6H2O.
(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NaC1溶液的体积为1L,溶液中的OH-物质的量浓度为0.01mol•L-1(25℃下测定),则理论上消耗氧气的体积为56mL(标况下).

分析 (1)①反应化学平衡常数是平衡时生成的浓度幂之积除以反应物浓度的幂之积;
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依据浓度商和平衡常数比较分析判断反应进行的方向;
(2)原电池中负极上燃料失电子,碱性条件下,CH3OH反应生成碳酸根离子;根据电极反应判断氢氧根离子浓度的变化;
(3)电解饱和食盐水,氯离子在阳极发生氧化反应生成氯气.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,据此计算生成的氯气的物质的量,根据电子转移守恒计算原电池消耗的氧气的物质的量,进而计算体积

解答 解:(1)①反应化学平衡常数是平衡时生成的浓度幂之积除以反应物浓度的幂之积,K=$\frac{c(C{H}_{3}OH)}{c(CO)•{c}^{2}({H}_{2})}$,故答案为:$\frac{c(C{H}_{3}OH)}{c(CO)•{c}^{2}({H}_{2})}$;
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将2mol CO、3mol H2和2mol CH3OH充入容积为1L的密闭容器中,此时的浓度商Qc=$\frac{2}{2×{3}^{2}}$=$\frac{1}{9}$,小于0.27,故反应向正反应进行,
故答案为:向正反应方向进行;
(2)原电池放电时,甲醇失电子被氧化,应为电池负极反应,其电极反应式为:2CH3OH+3O2+4OH-=2CO32-+6H2O;
故答案为:CH3OH+8OH--6e-=CO32-+6H2O;
(3)电解饱和食盐水,氯离子在阳极发生氧化反应生成氯气,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,根据反应2NaCl+2H2O=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 本题考查平衡常数的关系及应用、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.

练习册系列答案
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(3)现将10mL 0.050mol/L Na2S2O4溶液在空气中放置,其溶液的pH与时间(t)的关系如图所示:(忽略溶液体积的变化).

①t1~t2段溶液中S元素的化合价为+4.
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Ⅱ.由工业制硫酸反应之一:2SO2(g)+O2(g)$?_{加热}^{催化剂}$2SO3(g),推测此反应的△S(填“>”或“<”)<0,△H(填“>”或“<”)<0.
(l)若在绝热恒容密闭容器中,通入一定量的SO2和O2,一定条件下反应,请在如下坐标中画出从开始经一段时间正反应速率[v(正)]随时间(t)的变化曲线图:

(2)若在相同条件下,分别投2molSO2(g)和1molO2(g) 于如下三容器中:
绝热恒容(2L )
密闭容器A
恒温(T℃)恒容(2L)
密闭容器B
恒温(T℃)恒压
密闭容器C
平衡常数KKAKBKC
SO2的平衡转化率αAαBαC
则三容器中反应分别平衡时K的大小关系是KA<KB=KC;SO2的平衡转化率的大小关系是αA<αB<αC.

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