题目内容

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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20．含硫化合物在生产、生活中有较广泛的应用．请按要求回答下列问题．
I．“保险粉”（Na2S2O4）易溶于水、难溶于乙醇，具有极强的还原性，在空气中易被氧化，在碱性介质中稳定．它的制备工艺流程如图所示，请按要求回答下列问题．

（1）“反应”在70℃条件下进行，写出发生反应的离子方程式：HCOO-+OH-+2SO2=S2O42-+CO2+H2O．
（2）在包装保存“保险粉”时加入少量的Na2CO3固体，目的是Na2CO3为碱性物质，提高“保险粉”的稳定性．
（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．
②t3时刻后溶液的pH为1．
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．
16．在给定的条件下，下列选项所示的物质间转化均能一步实现的是（　　）
A．Na$→_{点燃}^{O_{2}}$Na2O2$\stackrel{CO_{2}}{→}$Na2CO3B．FeS2$→_{煅烧}^{O_{2}}$SO3$\stackrel{H_{2}O}{→}$H2SO4
C．NaCl（aq）$\stackrel{电解}{→}$Cl2$→_{△}^{过量Fe}$FeCl2（s）D．SiO2$\stackrel{H_{2}O}{→}$H2SiO3$\stackrel{NaOH（aq）}{→}$Na2SiO3
13．NA表示阿伏加德罗常数的值，下列说法正确的是（　　）
A．常温下，23g NO2含有NA 个氧原子
B．1 L 0.1 mol/L NaHSO3溶液中含有的HSO3-数目为0.1 NA
C．1 L pH=1 的硫酸溶液中含有的H+ 数为0.2 NA
D．标准状况下，2.24 L CO 和CO2混合气体中含有的氧原子数为0.15NA
20．利用实验器材（规格和数量不限），能够完成相应实验的一项是（　　）
选项实验器材（省略夹持装置）相应实验
A量筒、温度计、烧杯、碎纸条、盖板中和热的测定
B烧杯、分液漏斗用饱和Na2CO3溶液除去乙酸乙酯中的乙酸和乙醇
C量筒、玻璃捧、烧杯、100mL容量瓶用浓盐酸配制100mL 0.1mol•L-1的稀盐酸溶液
D烧杯、酸式滴定管、碱式滴定管用出H2SO4标准液滴定未知浓度的NaOH溶液
A．AB．BC．CD．D
10．有3.92g铁的氧化物，用足量的CO在高温下将其还原，把生成的全部CO2通入到足量的澄清的石灰水中得到7.0g固体沉淀物，这种铁的氧化物为（　　）
A．Fe3O4B．FeOC．Fe2O3D．Fe5O7
17．能正确表示下列反应的离子方程式的是（　　）
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6．常温下，pH=11的氨水和pH=1的盐酸等体积混合后（不考虑溶液体积的变化），恰好完全反应．下列说法不正确的是（　　）
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A．化石燃料燃烧和工业废气中的氮氧化物是导致“雾霾天气”的原因之一
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