Question

1．如圖是煤化工產(chǎn)業(yè)鏈的一部分，試運用所學(xué)知識，解決下列問題：

（1）已知該產(chǎn)業(yè)鏈中煤炭氣化反應(yīng)C（s）+H₂O（g）═CO（g）+H₂（g）的平衡常數(shù)表達(dá)式為：K=$\frac{c（{H}_{2}）•c（CO）}{c（{H}_{2}O）}$．
（2）合成甲醇的主要反應(yīng)是：2H₂（g）+CO（g）?CH₃OH（g）此溫度下，在恒容密閉容器中開始只加入CO、H₂，反應(yīng)l0min后達(dá)到平衡，測得各組分的濃度如下：

物質(zhì)	H2	CO	CH3OH
濃度（mol/L）	0.2	0.1	0.4

①該時間段內(nèi)反應(yīng)速率v（H₂）=0.08mol/（L•min），
②反應(yīng)達(dá)到平衡后，其它條件不變，能判斷該反應(yīng)達(dá)到化學(xué)平衡狀態(tài)的標(biāo)志是ac
a．體系壓強不變
b．混合氣體的密度不變
c．混合氣體的平均摩爾質(zhì)量不變
d．v_正（H₂）=v_逆（CH₃OH）
③已知在常溫常壓下：
a．2CH₃OH（l）+3O₂（g）═2CO₂（g）+4H₂O（g）△H ₁
b．2CO （g）+O₂（g）═2CO₂（g）△H₂
c．H₂O（g）═H₂O（l）△H₃
則2CH₃OH（l）+2O₂（g）═2CO（g）+4H₂O（l）△H=△H₁-△H₂+4△H₃（用含△H ₁、△H₂、△H₃ 的式子表示）
（3）以 CH₃OH 為燃料（以 KOH 溶液作電解質(zhì)溶液）可制成 CH₃OH 燃料電池．則充入 CH₃OH的電極為負(fù)極，正極反應(yīng)的電極反應(yīng)式為O₂+2H₂O+4e^-=4OH^-．

Answer 1

分析 （1）化學(xué)平衡常數(shù)，是指在一定溫度下，可逆反應(yīng)達(dá)到平衡時各生成物濃度的化學(xué)計量數(shù)次冪的乘積除以各反應(yīng)物濃度的化學(xué)計量數(shù)次冪的乘積所得的比值，據(jù)此寫出該反應(yīng)的平衡常數(shù)表達(dá)式；
（2）①先根據(jù)v=$\frac{△c}{△t}$計算出用甲醇表示的反應(yīng)速率，然后利用化學(xué)反應(yīng)速率與化學(xué)計量數(shù)成正比計算出用氫氣表示的反應(yīng)速率；
②可逆反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)時，正逆反應(yīng)速率相等，各組分的濃度、百分含量不再變化，據(jù)此進(jìn)行解答；
③根據(jù)蓋斯定律，a-b+4c可得目標(biāo)反應(yīng)2CH₃OH（l）+2O₂（g）═2CO（g）+4H₂O（l）據(jù)此計算出其△H；
（3）燃料電池中，負(fù)極失去電子被氧化，正極得到電子被還原，甲醇在反應(yīng)中失去電子被氧化，則甲醇為負(fù)極，在堿性條件下甲醇放電生成碳酸鉀，正極氧氣得到電子生成氫氧根離子．

解答 解：（1）反應(yīng)C（s）+H₂O（g）═CO（g）+H₂（g）的平衡常數(shù)表達(dá)式為：K=$\frac{c（{H}_{2}）•c（CO）}{c（{H}_{2}O）}$，
故答案為：K=$\frac{c（{H}_{2}）•c（CO）}{c（{H}_{2}O）}$；
（2）①平衡時甲醇的濃度為0.4mol/L，則該時間段內(nèi)甲醇的平均反應(yīng)速率為：v（CH₃OH）=$\frac{0.4mol/L}{10min}$=0.04mol/（L•min），根據(jù)化學(xué)反應(yīng)速率與化學(xué)計量數(shù)成正比可知，v（H₂）=2v（CH₃OH）=0.08mol/（L•min），
故答案為：0.08mol/（L•min）；
②a．反應(yīng)2H₂（g）+CO（g）?CH₃OH（g）為氣體體積縮小的反應(yīng)，反應(yīng)過程中壓強不斷變化，當(dāng)體系壓強不變時，表明正逆反應(yīng)速率相等，達(dá)到平衡狀態(tài)，故a正確；
b．該反應(yīng)前后都是氣體，氣體的總質(zhì)量不變，而容器的容積不變，則混合氣體的密度始終不變，密度不能作為判斷平衡狀態(tài)的依據(jù)，故b錯誤；
c．反應(yīng)過程中氣體的物質(zhì)的量不斷減小，而氣體的總質(zhì)量始終不變，則混合氣體的平均摩爾質(zhì)量為變量，當(dāng)混合氣體的平均摩爾質(zhì)量不變時，表明該反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)，故c正確；
d．v_正（H₂）=v_逆（CH₃OH），表示的是正逆反應(yīng)速率，但是不滿足化學(xué)計量數(shù)關(guān)系，說明該反應(yīng)沒有達(dá)到平衡狀態(tài)，故d錯誤；
故答案為：ac；
③a．2CH₃OH（l）+3O₂（g）═2CO₂（g）+4H₂O（g）△H ₁
b．2CO （g）+O₂（g）═2CO₂（g）△H₂
c．H₂O（g）═H₂O（l）△H₃
根據(jù)蓋斯定律，a-b+4c可得：2CH₃OH（l）+2O₂（g）=2CO（g）+4H₂O（l）△H=△H ₁-△H ₂+4△H₃，
故答案為：△H ₁-△H ₂+4△H₃；
（3）以 CH₃OH 為燃料（以 KOH 溶液作電解質(zhì)溶液）可制成 CH₃OH 燃料電池，甲醇在反應(yīng)中被氧化成碳酸鉀，則充入 CH₃OH的電極為負(fù)極，正極上氧氣得到電子生成氫氧根離子，正極反應(yīng)的電極反應(yīng)式為：O₂+2H₂O+4e^-=4OH^-，
故答案為：負(fù)；O₂+2H₂O+4e^-=4OH^-．

點評 本題考查較為綜合，涉及化學(xué)平衡常數(shù)、化學(xué)反應(yīng)速率的計算、原電池工作原理、蓋斯定律的應(yīng)用等知識，題目難度中等，注意掌握化學(xué)平衡常數(shù)、化學(xué)反應(yīng)速率的概念及表達(dá)式，明確蓋斯定律的內(nèi)容、原電池原理及應(yīng)用方法，試題培養(yǎng)了學(xué)生的分析、理解能力及靈活應(yīng)用能力．