Question

甲醇是一种可再生能源，具有广泛的开发和应用前景．
（1）工业上一般采用两种方法制备甲醇：
反应Ⅰ：CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）△H₁
反应Ⅱ：CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）△H₂
①下表所列数据是反应Ⅰ在不同温度下的化学平衡常数（K）．

温度	250℃	300℃	350℃
K	2.041	0.270	0.012

由表中数据判断△H₁

 

0（填“＜”、“=”或“＞”）．
②某温度下，将2mol CO和6mol H₂充入2L密闭容器中充分反应，4分钟后反应达到平衡，测得CO的物质的量为0.4mol，则CO的反应速率为

 

，此时的压强是反应前压强的

 

倍．
（2）反应Ⅱ的平衡常数表达式为

 

，为了加快反应Ⅱ的反应速率，并且提高H₂的转化率，采取的措施是

 

（填写正确选项的字母）．
a．增大CO₂的浓度     b．增大H₂的浓度     c．增大压强      d．加入催化剂
（3）工业上利用CO与水蒸气的反应，将有毒的CO转化为无毒的CO₂，书写有关热化学反应方程式

 

．该反应在830K下进行时，初始浓度到达平衡的时间有如下的关系：

CO的初始浓度（mol/L）	2	4	1	3
H2的初始浓度（mol/L）	3	2	3	3
时间（min）	8	6	12	n

则n为

 

min．
（4）近年来，科研人员新开发出一种甲醇和氧气以强碱溶液为电解质溶液的新型手机电池．该电池中甲醇发生反应的一极为

 

极、其电极反应式为

 

．
（5）用该电池作电源，用惰性电极电解饱和NaCl溶液时，每消耗0.2mol CH₃OH，阴极产生标况下气体的体积为

 

L．

Answer 1

考点：化学平衡的影响因素,常见化学电源的种类及其工作原理,化学平衡常数的含义,电解原理

专题：基本概念与基本理论

分析：（1）①图表分析判断，平衡常数随温度升高减小，平衡逆向进行，正反应是放热反应；
②依据化学平衡三段式列式结合化学反应速率概念计算，压强之比等于气体物质的量之比；
（2）依据反应化学方程式结合平衡常数概念书写平衡常数表达式，为了加快反应Ⅱ的反应速率，并且提高H₂的转化率，依据影响化学反应速率和平衡的因素分析判断；
（3）依据热化学方程式和盖斯定律计算得到所需热化学方程式；依据图表数据分析变化规律得到n值；
（4）燃料电池中燃料在原电池负极发生氧化反应，甲醇失电子在碱溶液中生成碳酸钾；
（5）依据原电池和电解池的电极反应中电子守恒计算生成气体体积；

解答： 解：（1）①图表分析判断，平衡常数随温度升高减小，平衡逆向进行，正反应是放热反应，△H＜0；
故答案为：＜；
②某温度下，将2mol CO和6mol H₂充入2L密闭容器中充分反应，4分钟后反应达到平衡，测得CO的物质的量为0.4mol，依据化学平衡三段式列式计算；
               CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）
起始量（mol）  2         6            0
变化量（mol）1.6         3.2        1.6
平衡量（mol） 0.4       2.8         1.6
CO的反应速率=

1.6mol 2L

4min

=0.2mol/（L?min）
平衡状态气体压强和起始压强之比等于气体物质的量之比P（平衡）：P（起始）=（0.4+2.8+1.6）：（2+6）=4.8：8=0.6；
故答案为：0.2mol/（L?min），0.6；
（2）CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g），反应的平衡常数K=

c(H2O)c(CH3OH)

c(CO2)c3(H2)

；
为了加快反应Ⅱ的反应速率，并且提高H₂的转化率；
a．增大CO₂的浓度，增大氢气的转化率，平衡正向进行，反应速率加快，故a符合；
b．增大H₂的浓度，平衡正向进行，反应速率增大，氢气的转化率减小，故b不符合；
c．增大压强，反应速率增大，平衡正向进行，氢气转化率增大，故c符合；
d．加入催化剂改变化学反应速率不改变化学平衡，氢气转化率不变，故d不符合；

故答案为：K=

c(H2O)c(CH3OH)

c(CO2)c3(H2)

，a、c；
（3）反应Ⅰ：CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）△H₁
反应Ⅱ：CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）△H₂
依据盖斯定律反应Ⅰ-反应Ⅱ得到CO（g）+H₂O（g）=CO₂（g）+H₂（g）△H=△H₁-△H₂；
图表中数据保持氢气初始浓度不变，一氧化碳浓度增大一倍，达到平衡所需时间缩短4分钟，所以分析判断n=4min；
故答案为：CO（g）+H₂O（g）=CO₂（g）+H₂（g）△H=△H₁-△H₂ 、4；
（4）甲醇和氧气以强碱溶液为电解质溶液的新型手机电池，燃料电池中燃料在原电池负极发生氧化反应，甲醇失电子在碱溶液中生成碳酸钾，该电池中甲醇发生反应的一极为负极，电极反应为：CH₃OH-6e^-+8OH^-=CO₃^2-+6H₂O；
故答案为：负，CH₃OH-6e^-+8OH^-=CO₃^2-+6H₂O；
（5）用该电池作电源，用惰性电极电解饱和NaCl溶液时，CH₃OH-6e^-+8OH^-=CO₃^2-+6H₂O，每消耗0.2mol CH₃OH，转移电子1.2mol，阴极电极反应为2H⁺+2e^-=H₂↑，产生标况下气体的体积=0.6mol×22.4L/mol=13.44L；
故答案为：13.44．

点评：本题考查了化学平衡影响因素分析，平衡常数计算应用，热化学方程式和原电池原理、电解池原理的计算分析应用，掌握基础是解题关键，题目难度中等．