Question

化学反应原理在科研和生产中有广泛应用．
I、如图装置所示，A、B中的电极为多孔的惰性电极；C、D为夹在浸有Na₂SO₄溶液的滤纸条上的铂夹；电源有AB两极．若A、B中充满KOH溶液后倒立于KOH溶液的水槽中．切断K₁，闭合K₂、K₃通直流电．回答下列问题：
（l）a是电源的

 

极，写出A中的电极反应式为

 

．
（2）湿的NaSO₄滤纸条上能观察到的现象有

 

．（3）电解一段时间后，A、B中均有气体包围电极，若此时切断K₂、K₃，闭合K₁，发现电流表的指针移动，写出此时B中的电极反应式为

 

．
II、甲醇是一种可再生能源，具有广泛的开发和应用前景．工业上一般采用下列反应合成甲醇：CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）△H，如表所列数据是该反应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

请回答下列问题：
（4）由表中数据判断△H

 

0（填“＞”、“＜”或“=”）．
（5）其他条件不变，只改变其中一个条件，下列措施可提高甲醇产率的是

 

．
A．上升高温度 B．使用合适的催化剂 C．缩小容器的容积 D．充入过量的H₂ E．恒压时，充入He F．从体系中分离出CH₃OH
（6）某温度下，将2mol CO和6mol H₂充入2L密闭容器中，反应进行到4min末达到平衡，此时测得c（CO）=0.2mol/L，则0-4min内H₂的反应速率为

 

；若保持温度容积不变再向其中充入一定量的CH₃OH，重新达到化学平衡状态，与原平衡状态相比，此时平衡混合气体中CH₃OH的体积分数

 

（填“变大”、“变小”、或“不变”）．

Answer 1

考点：电解原理,反应热和焓变,化学平衡的影响因素,化学平衡的计算

专题：化学反应中的能量变化,化学平衡专题,电化学专题

分析：（1）根据原电池的构成条件判断，A、B两电极得到的气体体积判断电极名称，从而确定电源a、b电极名称；
（2）先判断C、D 的电极名称，判断电解时溶液中离子的移动方向；
（3）根据离子的放电顺序书写电极反应式；
（4）反应Ⅱ在不同温度下的化学平衡常数随温度变化判断平衡移动方向，结合平衡移动规律分析反应热量变化；
（5）依据平衡移动影响因素结合产率的计算概念分析判断，正向进行可以提高甲醇的产率；
（6）依据化学平衡三段式列式计算，根据反应速率概念计算，依据平衡影响因素分析判断．

解答： 解：（1）切断K₁，合闭K₂、K₃通直流电，电极A、B及氢氧化钾溶液构成电解池，根据离子的放电顺序，溶液中氢离子、氢氧根离子放电，分别生成氢气和氧气，氢气和氧气的体积比为2：1，通过图象知，B极上气体体积是A极上气体体积的2倍，所以B极上得氢气，A极上得到氧气，所以B极是阴极，A极是阳极，故a是负极，b是正极，A电极反应为4OH^--4e^-=O₂↑+2H₂O，
故答案为：负；4OH^--4e^-=O₂↑+2H₂O；
（2）浸有硫酸钠的滤纸和电极C、D与电源也构成了电解池，因为a是负极，b是正极，所以C是阴极，D是阳极，电解质溶液中的阳离子钾离子向阴极移动，阴离子高锰酸根离子向阳极移动，所以D极呈紫色；电解质溶液中氢离子和氢氧根离子放电，所以在两极上都得到气体，A极上氢氧根离子失电子生成氧气和水，电极反应式为4OH^--4e=2H₂O+O₂↑；C极上氢离子得电子生成氢气，电极反应式为4H⁺+4e=2H₂↑，
故答案为：紫色向D方向移动，CD两极有气体产生；
（3）切断K₂、K₃，合闭K₁，电解一段时间后，A、B中均有气体包围电极．此装置构成氢氧燃料原电池，所以有电流通过，电流表的指针移动，此时B中的电极反应式为
H₂-2e^-+2OH^-=2H₂O，
故答案为：H₂-2e^-+2OH^-=2H₂O；
（4）表中数据分析，随温度增大，平衡常数减小，说明平衡逆向进行，根据平衡移动原理，升温向吸热反应方向进行，故正向是放热反应，△H₂＜0，
故答案为：＜；
（5）CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）△H₂＜0；若容器容积不变，可增加甲醇产率的条件分析：
A．升高温度平衡逆向进行，甲醇产率减小，故A不符合；
B．使用合适的催化剂，改变反应速率，不改变化学平衡，甲醇产率不变，故B不符合；
C．缩小容器的容积，平衡体系增大压强，平衡正向进行，甲醇产率增大，故C符合；
D．充入过量的H₂，平衡正向进行，甲醇产率增大，故D符合；
E．恒压时，充入He，体积增大，压强减小，平衡逆向进行，甲醇产率减小，故E不符合；
F．从体系中分离出CH₃OH，平衡正向进行，甲醇产增大，故F符合；
故答案为：CDF；
（6）某温度下，将2mol CO和6mol H₂充入2L的恒容密闭容器中，充分反应，4min达到平衡后，测得c（CO）=0.2mol?L^-1，则依据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
0-4min内H₂的反应速率为v（H₂）=

3.2mol 2L

4min

=0.4mol/（L?min）；
若保持温度容积不变再向其中充入一定量的CH₃OH，重新达到化学平衡状态，相当于增大体系压强，平衡正向进行，与原平衡状态相比，此时平衡混合气体中CH₃OH的体积分数增大，
故答案为：0.4mol/（L?min）；增大．

点评：本题考查了原电池、电解池工作原理，化学平衡影响因素和计算应用，写电极反应式要注意结合电解质溶液书写，如果电解质溶液不同，虽然原料相同，电极反应式也不同，如氢氧燃料电池，当电解质为酸或碱，电极反应式就不同，化学平衡移动原理是分析解题的关键，题目难度中等．