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）△H＜0．
（1）上述反应的平衡常数表达式为K=______，以下有关说法正确的是______
a．恒温、恒容条件下，容器内的压强不发生变化则可逆反应达到平衡
b．一定条件下，H₂的消耗速率是CO的消耗速率的2倍时可逆反应达到平衡
c．保持容器体积不变，升高温度可提高CO的转化率
d．使用合适的催化剂能缩短达到平衡的时间并提高CH₃OH的产量
（2）其它条件相同时，在T₁、T₂（T₁＜T₂）两个不同温度下可逆反应达到平衡，请在图1中画出CO的转化率随时间变化的示意图．

（3）已知在常温常压下：
①2CH₃OH（l）+3O₂（g）=2CO₂（g）+4H₂O（g）△H=-a kJ?mol^-1
②2CO（g）+O₂（g）=2CO₂（g）△H=-b kJ?mol^-1
③H₂O（g）=H₂O（l）△H=-c kJ?mol^-1
则 CH₃OH（l）+O₂（g）=CO（g）+2H₂O（l）△H=______kJ?mol^-1．
（4）2009年10月，中国科学院长春应用化学研究所在甲醇燃料电池技术方面获得新突破，组装出了自呼吸电池及主动式电堆．甲醇燃料电池的工作原理如图2所示．
C极发生的电极反应式为：______，工作一段时间后，当6.4g甲醇完全反应生成CO₂时，有______N_A个电子发生转移．
（H：1  C：12  O：16）

Answer 1

【答案】分析：（1）根据平衡常数表达式K=来书写并根据化学平衡状态的特征和标志来判断某种状态是否是平衡状态；
（2）对于放热反应，温度升高，反应速率加快，平衡向着吸热方向进行；
（3）根据盖斯定律来计算化学反应的焓变；
（4）在燃料电池中，负极是燃料发生失电子的氧化反应，正极是氧气发生得电子的还原反应．
解答：解：（1）反应的化学平衡常数K=，
a．恒温、恒容条件下，对于反应前后气体体积变化的反应，当容器内的压强不发生变化则可逆反应达到平衡，故a正确；b．一定条件下，H₂的消耗速率是CO的消耗速率的2倍时，则可以得出反应只是向着正向进行，不能体现正逆反应速率相等，故b错误；
c．保持容器体积不变，升高温度，平衡向着逆向进行，可降低CO的转化率，故c错误；
d．使用合适的催化剂能缩短达到平衡的时间不会提高CH₃OH的产量和反应物的转化率，故d错误．
故答案为：；a；
（2）升高温度，平衡向着逆向进行，可降低CO的转化率，但是温度升高，化学反应速率加快，达到化学平衡状态所需时间短，即，故答案为：；
（3）根据盖斯定律，反应CH₃OH（l）+O₂（g）=CO（g）+2H₂O（l）与反应①2CH₃OH（l）+3O₂（g）=2CO₂（g）+4H₂O（g）△H=-a kJ?mol^-1②2CO（g）+O₂（g）=2CO₂（g）△H=-b kJ?mol^-1③H₂O（g）=H₂O（l）△H=-c kJ?mol^-1
将（①-②+③×4）可得CH₃OH（l）+O₂（g）=CO（g）+2H₂O（l），所以反应的焓变△H=kJ?mol^-1，
故答案为：；
（4）根据装置可以知道d出生成大量的水，所以e电极是通入的氧气，发生电极反应为：O₂+4e^-+4H⁺=2H₂O，当6.4g甲醇完全反应生成CO₂时，根据反应2CH₃OH（l）+3O₂（g）=2CO₂（g）+4H₂O（g），当消耗甲醇2mol时，转移电子为12mol，所以当6.4g甲醇即0.2mol甲醇完全反应生成CO₂时，转移电子是1.2mol，故答案为：O₂+4e^-+4H⁺=2H₂O；1.2．
点评：本题是一道有关热化学、电化学以及化学平衡知识的综合题，要求学生具有分析和解决问题的能力，难度较大．