Question

为了节能减排、缓解能源短缺，我国大力开发甲醇等可再生的新能源．工业上根据CO（g）+2H₂（g）═CH₃OH（g）△H合成甲醇．
（1）该反应的化学平衡常数可表示为K=

 

，已知K（250℃）=2.041，K（300℃）=0.270，则该反应的△H

 

0（填“＞”、“=”或“＜”）．
（2）250℃时，将2mol CO和6mol H₂充入4L的密闭容器中，经5min后反应达到平衡状态，测得c（CO）=0.1mol?L^-1，则用H₂表示的化学反应速率为

 

mol/（L?min），此时CO的转化率为

 

．
（3）保持容器容积不变，下列措施能提高甲醇产率的是

 

．
a．充入稀有气体，增大体系压强          b．将CH₃OH（g）从体系中分离
c．升高反应温度或使用催化剂            d．按原比例再充入 CO和 H₂
（4）甲醇燃料电池的工作原理如图所示．
①该电池工作时，c口通入的物质发生

 

反应；
②该电池负极电极反应为：

 

；
③该燃料电池中9.6g甲醇完全反应生成CO₂时，反应中转移电子为

 

mol．

Answer 1

考点：化学平衡常数的含义,化学电源新型电池,化学平衡的影响因素

专题：化学平衡专题,电化学专题

分析：（1）根据平衡常数的表达式写出反应的CO（g）+2H₂（g）═CH₃OH（g）平衡常数K；根据K（250℃）=2.041，K（300℃）=0.270可知，温度升高平衡常数减小，数目升高温度平衡向着逆向移动，据此判断该反应的焓变；
（2）根据5min内一氧化碳的浓度变化计算出用H₂表示的化学反应速率；根据一氧化碳浓度减小的量计算出其转化率；
（3）能提高甲醇产率，说明改变条件后平衡向着正向移动，根据化学平衡及其影响因素对各选项进行判断；
（4）①根据氢离子移动方向知，右侧电极为正极，左侧电极为负极，c口通入氧气发生还原反应；
②负极上燃料失电子发生氧化反应，正极上氧化剂得电子发生还原反应；
③根据甲醇和转移电子之间的关系式计算．

解答： 解：（1）反应CO（g）+2H₂（g）═CH₃OH的平衡常数为：K=

c(CH 3OH)

c(CO)?c2(H 2)

；
已知K（250℃）=2.041，K（300℃）=0.270，升高温度后平衡常数减小，说明升高温度化学平衡向着逆向移动，该反应的逆反应为吸热反应，则正反应为 放热反应，△H＜0，
故答案为：

c(CH 3OH)

c(CO)?c2(H 2)

；＜；
（2）250℃时，将2mol CO和6mol H₂充入4L的密闭容器中，反应前一氧化碳的浓度为：0.5mol/L，经5min后反应达到平衡状态，测得c（CO）=0.1mol?L^-1，CO的浓度变化为：0.5mol/L-0.1mol/L=0.4mol/L，则5min内氢气消耗的浓度为：0.4mol/L×2=0.8mol/L，则用H₂表示的化学反应速率为：v=

0.8mol/L

5min

=0.16mol/（L?min）；
达到平衡状态时CO的转化率为：

0.4mol/L

0.5mol/L

×100%=80%，
故答案为：0.16； 80%；        
（3）a．充入稀有气体，增大体系压强：由于各组分的浓度不变，所以化学平衡不发生移动，甲醇的产率不会增加，故a错误；         
 b．将CH₃OH（g）从体系中分离：生成物浓度减小，化学平衡向着正向移动，可以提高甲醇的产率，故b正确；
c．升高反应温度或使用催化剂：升高温度，平衡向着逆向移动，甲醇的产率减小；使用催化剂不影响甲醇的转化率，故c错误；            
d．按原比例再充入一氧化碳和氢气：该反应是体积缩小的反应，再按照原比例充入一氧化碳和氢气后，相当于增大了压强，平衡向着正向移动，反应物转化率增大，故甲醇的产率增大，故d正确；
故答案为：bd；
（4）①据氢离子移动方向知，右侧电极为正极，左侧电极为负极，c口通入的是氧气，氧气在反应中达到电子被还原，发生还原反应，
故答案为：还原；
②正极上氧气得电子和氢离子反应生成水，电极反应式为：3O₂+12H⁺+12e^-=6H₂O，负极上甲醇失电子和水反应生成二氧化碳和氢离子，电极反应式为2CH₃OH-12e^-+2H₂O=2CO₂↑+12H⁺，
故答案为：2CH₃OH-12e^-+2H₂O=2CO₂↑+12H⁺；
③根据2CH₃OH-12e^-+2H₂O=2CO₂+12H⁺知，甲醇和转移电子之间的关系式得，当9.6g甲醇完全反应生成CO₂时，转移电子的物质的量为：

9.2g

32g/mol

×6=1.8mol，
故答案为：1.8．

点评：本题考查了化学平衡常数、化学反应速率的计算、化学平衡及其影响因素、原电池工作原理等知识，题目难度中等，试题题量较大，涉及的知识点较多，充分考查了学生对所学知识的掌握情况，注意明确化学平衡常数、化学反应速率的概念及计算方法，明确原电池工作原理，能够正确书写电极反应式．