Question

（实验班必做，平行班选作）

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）．
（1）分析该反应并回答下列问题：
①平衡常数的表达式为K=    ．
②下列各项中，不能说明该反应已经达到平衡的是    （填字母编号）．
a．恒温、恒容条件下，容器内的压强不发生变化
b．一定条件下，CH₃OH分解的速率和CH₃OH生成的速率相等
c．恒温、恒容条件下，CO、H₂和CH₃OH的浓度保持不变
d．一定条件下，单位时间内消耗1mol CO，同时生成1mol CH₃OH
（2）如图1是该反应在不同温度下CO的转化率随时间变化的曲线．该反应的△H    0（填“＞”、“＜”或“=”）；T₁和T₂温度下的平衡常数大小关系是K₁    K₂（填“＞”、“＜”或“=”）．若容器容积不变，下列措施可增加甲醇产率的是    （填字母编号）．
a．升高温度              b．将CH₃OH（g）从体系中分离
c．使用合适的催化剂      d．充入He（g），使压强增大
（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）和O₂生成CO和H₂O（l）的热化学方程式是：    ．
（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．该电池工作时，b口通入的物质是    ，正极上的电极反应式为    ．
（5）以上述电池做电源，用如图3所示装置，在实验室中模拟铝制品表面“钝化”处理的过程中，发现溶液逐渐变浑浊，原因是（用相关的电极反应式和离子方程式表示）：    ．

Answer 1

【答案】分析：（1）①平衡常数指平衡时各生成物浓度的化学计量数次幂的乘积除以各反应物浓度的化学计量数次幂的乘积所得的比值；
②a．随反应进行，气体的物质的量减小，容器内压强减小；
b．达平衡状态时正逆反应速率相等；
c．平衡时各组分的浓度、含量不变；
d．一定条件下，单位时间内消耗1mol CO，同时生成1mol CH₃OH，都表示正反应速率，自始至终都按此比例进行；
（2）根据先拐先平数值大原则，由图1可知，温度T₁＜T₂，平衡时，温度越高CO的转化率越小，说明升高温度，平衡向逆反应移动，升高温度平衡向吸热反应移动，据此判断反应热，K₁与K₂关系；提高甲醇产率，应采取措施，使平衡向正反应移动，结合平衡移动原理分析；
（3）根据盖斯定律，由已知热化学方程式乘以适当的系数进行加减，反应热也处于相应的系数进行相应的加减，构造目标热化学方程式；
（4）由装置图可知，b极通入气体后产生气体，c极通入气体后产生水，故b极通入为甲醇，c极通入的是氧气，原电池负极发生氧化反应，正极反应还原反应；
（5）电解池阳极发生氧化反应，金属Al放电生成Al³⁺，Al³⁺与HCO₃^-发生双水解，生成Al（OH）₃．
解答：解：（1）①可逆反应：CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）的平衡常数k=，故答案为：；
②a．随反应进行，气体的物质的量减小，容器内压强减小，容器内的压强不发生变化，说明到达平衡状态，故a正确；
b．CH₃OH分解的速率和CH₃OH生成的速率相等，说明正逆反应速率相等，说明到达平衡状态，故b正确；
c．平衡时各组分的浓度、含量不变，说明到达平衡状态，故c正确；
d．一定条件下，单位时间内消耗1mol CO，同时生成1molCH₃OH，都表示正反应速率，自始至终都按此比例进行，不能说明到达平衡状态，故d错误．
故答案为：d；
（2）由图1可知，温度T₁＜T₂，平衡时，温度越高CO的转化率越小，说明升高温度，平衡向逆反应移动，升高温度平衡向吸热反应移动，故该反应正反应为放热反应；升高温度，平衡向逆反应移动，所以K₁＞K₂，
a．升高温度，平衡向逆反应移动，甲醇产率降低，故a错误；
b．将CH₃OH（g）从体系中分离，平衡向正反应移动，甲醇产率增大，故b正确；
c．使用合适的催化剂，缩短到达平衡时间，不影响平衡移动，甲醇产率不变，故c错误；
d．容器容积不变，充入He（g），使压强增大，但反应混合物的浓度不变，不影响平衡移动，甲醇产率不变，故d错误；
故b可以使甲醇产率增大，故答案为：＜；＞；b；
（3）已知：①2CH₃OH（1）+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（1）△H=-c kJ?mol^-1
由盖斯定律可知，①-②+③×4得2CH₃OH（1）+2O₂（g）=2CO（g）+4H₂O（l）△H=-（a+4c-b） kJ?mol^-1
故答案为：2CH₃OH（1）+2O₂（g）=2CO（g）+4H₂O（l）△H=-（a+4c-b） kJ?mol^-1；
（4）由装置图可知，b极通入气体后产生气体，c极通入气体后产生水，故b极通入为甲醇，c极通入的是氧气，原电池负极发生氧化反应，正极反应还原反应，氧气在正极放电，与氢离子结合生成水，正极电极反应式为O₂+4H⁺+4e^-=2H₂O，故答案为：甲醇；O₂+4H⁺+4e^-=2H₂O；
（5）电解池阳极发生氧化反应，金属Al放电Al-3e^-=Al³⁺，生成Al³⁺，Al³⁺与HCO₃^-发生双水解Al³⁺+3HCO₃^-=Al（OH）₃↓+CO₂↑，生成Al（OH）₃溶液变浑浊，
故答案为：Al-3e^-=Al³⁺，Al³⁺+3HCO₃^-=Al（OH）₃↓+CO₂↑．
点评：本题考查平衡常数、平衡状态判断、平衡移动及图象、热化学方程式书写、原电池、电解池等，难度中等，需要学生具备扎实的基础与灵活运用能力．