Question

現代工業(yè)將煤汽化，既可以提高燃料的利用率、減少CO、SO₂等的排放，又可以擴大水煤氣的用途．甲醇是一種可再生能源，具有開發(fā)和應用的廣闊前景，工業(yè)上一般可采用水煤氣來合成甲醇CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）．

（1）如圖1是該反應在不同溫度下CO的轉化率隨時間變化的曲線．
①T₁和T₂溫度下的平衡常數大小關系是K1

K₂（填“＞”、“＜”或“=”）．
②以下有關說法正確的是

 

a．恒溫、恒容條件下，容器內的壓強不發(fā)生變化則可逆反應達到平衡
b．一定條件下，H₂的消耗速率是CO的消耗速率的2倍時可逆反應達到平衡
c．使用合適的催化劑能縮短達到平衡的時間并提高CH₃OH的產率
d．某溫度下，將2molCO和6molH₂充入2L的密閉容器中，充分反應，達到平衡后，測得c（CO）=0.2mol/L，則CO的轉化率為80%
（2）已知在常溫常壓下①2CH₃OH（1）+3O₂（g）=2CO₂（g）+4H₂O（g）△H=-akJ?mol^-1
②2CO（g）+O₂（g）=2CO₂（g）△H=-bkJ?mol^-1③H₂O（g）=H₂O（1）△H=-ckJ?mol^-1
則：CH₃OH（1）+O₂（g）=CO（g）+2H₂O（1）△H=

 

kJ?mol^-1
（3）2009年10月，中國科學院長春應用化學研究所在甲醇燃料電池技術方面獲得新突破，組裝出了自呼吸電池及主動式電堆．甲醇燃料電池的工作原理如圖2所示．  
①該電池正極的電極反應式為

 

．
②工作一段時間后，當6.4g甲醇完全反應生成CO₂時，有

 

個電子發(fā)生轉移．
（4）以上述電池做電源，用圖3所示裝置，在實驗室中模擬鋁制品面“鈍化”處理的過程中，發(fā)現溶液逐漸變渾濁，原因是

 

、

 

（用相關的電極反應式和離子方程式表示）

Answer 1

考點：轉化率隨溫度、壓強的變化曲線,用蓋斯定律進行有關反應熱的計算,原電池和電解池的工作原理,化學平衡狀態(tài)的判斷,電解原理

專題：

分析：（1）①溫度對化學平衡常數的影響和反應的吸放熱有關；
②a．反應前后氣體的體積不等，恒溫、恒容條件下，容器內的壓強不發(fā)生變化；
b．一定條件下，H₂的消耗速率是CO的消耗速率的2倍，都是指正反應速率；
c、使用合適的催化劑不會引起化學平衡的移動；
d、某溫度下，將2molCO和6molH₂充入2L的密閉容器中，充分反應，達到平衡后，測得c（CO）=0.2mol/L，則CO的轉化率為

2-0.2×2

2

×100%=80%；
（2）根據蓋斯定律，由已知熱化學方程式乘以適當的系數進行加減構造目標方程式，反應熱越乘以相應的系數并進行相應的計算．
（3）在甲醇燃料電池中，燃料甲醇作負極，發(fā)生失電子的氧化反應，氧氣作正極，發(fā)生得電子的還原反應，根據電極反應以及電子守恒來計算轉移電子的量；
（4）根據電解池的工作原理和雙水解原理知識來回答．

解答： 解：（1）①對于放熱反應，溫度越高，化學平衡常數越小，T₂＞T₁，反之越大，所以K₁＞K₂，故答案為：＞；
②a．反應前后氣體的體積不等，恒溫、恒容條件下，容器內的壓強不發(fā)生變化，可說明達到平衡狀態(tài)，故a正確；
b．一定條件下，H₂的消耗速率是CO的消耗速率的2倍，都是指正反應速率，故b錯誤；
c、使用合適的催化劑不會引起化學平衡的移動，甲醇的轉化率不變，故c錯誤；
d、某溫度下，將2molCO和6molH₂充入2L的密閉容器中，充分反應，達到平衡后，測得c（CO）=0.2mol/L，則CO的轉化率為

2-0.2×2

2

×100%=80%，故d正確；
故選：ad；
（3）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，
根據蓋斯定律可知，則

①-②+③×4

2

可得CH₃OH（l）+O₂（g）=CO（g）+2H₂O（l），則△H=

(-a)-(-b)+(-c)×4

2

kJ/mol=

b-a-4c

2

kJ/mol，
故答案為：

b-a-4c

2

．
（3）①在甲醇燃料電池中，燃料甲醇作負極，氧氣作正極，電解質中的陽離子移向正極，所以b口通入的物質為甲醇，c口通入的物質為氧氣，該電池正極是氧氣發(fā)生得電子的還原反應，電極反應式為：O₂+4e^-+4H⁺=2H₂O；
故答案為：O₂+4e^-+4H⁺=2H₂O；
②當6.4g即

6.4

32

=0.2mol甲醇完全反應生成CO₂時，根據總反應：2CH₃OH+3O₂=2CO₂+4H₂O，消耗氧氣0.3mol，轉移電子1.2NA；
故答案為：1.2NA；
（4）在電解池中，金屬鋁為陽極，發(fā)生電極反應：Al→Al³⁺+3e^-，鋁離子會和碳酸氫根離子之間發(fā)生雙水解反應生成氫氧化鋁沉淀和二氧化碳，即Al³⁺+3HCO₃^-=Al（OH）₃↓+3CO₂↑，溶液逐漸變渾濁，故答案為：Al-3e^-→Al³⁺；Al³⁺+3HCO₃^-=Al（OH）₃↓+3CO₂↑．

點評：本題是一道關于化學平衡狀態(tài)的判斷、化學平衡的移動以及燃料電池的工作原理知識的考題，電解原理應用，要求學生具有分析和解決問題的能力，難度不大．