Question

(18分)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平衡常数表达式为K＝__________________。

②下列各项中，不能够说明该反应已达到平衡的是________(填序号)。

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、一定条件下，CO、H₂和CH₃OH的浓度保持不变

D、一定条件下，单位时间内消耗2 mol CO，同时生成1 mol CH₃OH

(2)下图是该反应在不同温度下CO的转化率随时间变化的曲线。

①该反应的焓变ΔH________0(填“>”、“<”或“＝”)。

②T₁和T₂温度下的平衡常数大小关系是K₁________K₂(填“>”、“<”或“＝”)。

③若容器容积不变，下列措施可增加甲醇产率的是________。

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，使体系总压强增大

(3)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，组装出了自呼吸电池及主动式电堆。甲醇燃料电池的工作原理如下图所示。

①该电池工作时，b口通入的物质为______________，c口通入的物质为_____________。

②该电池正极的电极反应式为：________。

③工作一段时间后，当6.4 g甲醇完全反应生成CO₂时，有_____________N_A个电子转移。

 

Answer 1

【答案】

(1)①             ②  D

(2) ①<       ②>      ③B

(3) ① CH₃OH     O₂     ②O₂+4e^-+4H⁺=2H₂O       ③1.2

【解析】

试题分析：（1）①根据方程式可知K=。②反应前后压强改变，所以当压强不变时反应达平衡，A可以判断，CH₃OH分解的速率和CH₃OH生成的速率相等，则正逆反应速率相等，B可以判断，CO、H₂和CH₃OH的浓度保持不变，C可以判断，单位时间内消耗2 mol CO，同时生成1 mol CH₃OH，只有正反应速率没有逆反应速率，D不能判断。

（2）①根据图像可知，温度为t₂的曲线首先达到平衡状态，说明反应速率快，因此t₂大于t₁。温度高，CO的转化率低，说明升高温度，平衡向逆反应方向移动，因此正反应是放热反应，即△H＜0。②升高温度，平衡向逆反应方向移动，因此平衡常数减小，即K₁＞K₂。③要增加甲醇产率，平衡要正向移动，升高温度平衡逆向移动，将CH₃OH(g)从体系中分离平衡正向移动，使用合适的催化剂平衡不移动，充入He，使体系总压强增大平衡不移动，所以选B。

（3）①根据H⁺的转移方向可知，b是负极，应通入CH₃OH，c是正极，应通入O₂。②正极发生还原反应，电极反应为O₂+4e^-+4H⁺=2H₂O。③6.4 g甲醇完全反应生成CO₂时，转移电子数为=1.2N_A。

考点：化学平衡与原电池

点评：本题综合性强，但考查的知识比较基础，难度小。