Question

12．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：2H₂（g）+CO（g）?CH₃OH（g）△H＜0
（1）①要提高CO的转化率，可以采取的措施是df（填序号）．
a．升温               b．加入催化剂            
c．增加CO的浓度        d．加入H₂加压         
e．加入惰性气体加压     f．分离出甲醇
②300℃时，将容器的容积压缩到原来的$\frac{1}{2}$，在其他条件不变的情况下，对平衡体系产生的影响是CD（填字母）．
A． c（H₂）减少                          
B．正反应速率加快，逆反应速率减慢
C．CH₃OH 的物质的量增加                  
D．重新平衡时$\frac{c（{H}_{2}）}{c（C{H}_{3}OH）}$减小
（2）如图表示在温度分别为T₁、T₂时，平衡体系中H₂的体积分数随压强变化曲线，A、C两点的反应速率A＜C（填“＞”、“=”或“＜”，下同），B、C两点的反应速率B＜C，由状态B到状态A，可采用升温的方法（填“升温”或“降温”）．
（3）氢氧燃料电池的总反应方程式为2H₂+O₂=2H₂O，以30%KOH溶液为电解质．其中，氢气在正（填“正”或“负”）极发生还原反应（填“氧化”或“还原”），半电极反应方程式H₂-2e^-+2OH^-=2H₂O．电路中每转移0.2mol电子，标准状况下消耗O₂的体积是1.12L．
（4）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=$\frac{b-a}{2}-2c$kJ•mol^-1．

Answer 1

分析 （1）①要提高CO的转化率，可以采取的措施是使化学平衡正向移动即可，但是不能增加CO的量；
②300℃时，将容器的容积压缩到原来的一半，此时各组分的浓度增加，压强增加，平衡向着正向移动，据此回答；
（2）2H₂（g）+CO（g）?CH₃OH（g）△H＜0，该反应为吸热反应，升高温度，化学平衡正向移动，氢气的体积分数增大；增大压强，化学平衡正移动，氢气的体积分数增加，结合图象来分析解答；
（3）氢氧燃料电池是将化学能转变为电能的装置，工作时，通入氢气的一极为电池的负极，发生氧化反应，通入氧气的一极为电池的正极，发生还原反应，电池总反应与氢气在氧气中燃烧的化学方程式一致；
（4）依据热化学方程式和盖斯定律 计算所得热化学方程式．

解答 解：（1）①要提高CO的转化率，可以采取的措施是使化学平衡正向移动即可，但是不能增加CO的量；
a．升温，平衡逆向移动，故错误；
b．加入催化剂，平衡不移动，故错误；
c．增加CO的浓度，其转化率减小，故错误；
d．加入H₂加压，平衡正向移动，CO的转化率增加，故正确；
e．加入惰性气体加压，平衡不移动，故错误；
f．分离出甲醇，平衡正向移动，CO的转化率增加，故正确；
故选df；
②300℃时，将容器的容积压缩到原来的$\frac{1}{2}$，此时各组分的浓度增加，压强增加，平衡向着正向移动，
A． c（H₂）增加，故错误；
B．正反应速率加快，逆反应速率加快，故错误；
C．平衡向着正向移动，CH₃OH 的物质的量增加，故正确；
D．平衡向着正向移动，重新平衡时$\frac{c（{H}_{2}）}{c（C{H}_{3}OH）}$减小，故正确．
故选CD．
  （2）由图象可知，A、C两点都在等温线上，C的压强大，则A、C两点的反应速率：A＜C，反应放热，所以升高温度，平衡体系中H₂的体积分数增加，所以温度T₁＜T₂，C点的温度高，所以B、C两点的反应速率B＜C，升高温度，化学平衡逆向移动，氢气的体积分数增大，由图象可知，A点氢气的体积分数大，则由状态B到状态A，可以用加热的方法，故答案为：＜；＜；升温；
（3）氢氧燃料电池是将化学能转变为电能的装置，工作时，通入氢气的一极为电池的负极，发生氧化反应H₂-2e^-+2OH^-=2H₂O，通入氧气的一极为电池的正极，发生还原反应，电路中每转移4mol电子，标准状况下消耗O₂1mol，当电路中每转移0.2mol电子，标准状况下消耗O₂的体积是0.05mol×22.4L/mol=1.12L，
故答案为：氧化；H₂-2e^-+2OH^-=2H₂O；1.12L；
（4）①2CH₃OH（l）+3O₂（g）=2CO₂（g）+4H₂O（g）△H₃=-akJ/mol；
②2CO （g）+O₂（g）=2CO₂（g）△H₂=-bkJ/mol
③H₂O（g）=H₂O（l）△H₁=-ckJ/mol，依据盖斯定律计算，[①-②+4×③]×$\frac{1}{2}$得到甲醇不完全燃烧生成一氧化碳和液态水的热化学方程式为：CH₃OH（l）+O₂（g）=CO（g）+2H₂O（l）△H=（$\frac{b-a}{2}-2c$）kJ/mol，故答案为：$\frac{b-a}{2}-2c$．

点评 本题考查化学平衡的图象、燃料电池的工作原理知识，明确外界条件对化学平衡的影响及图象中纵横坐标的含义、“定一议二”“先拐先平”原则即可解答，难度不大．