Question

（2011?濟(jì)南一模）（實(shí)驗(yàn)班必做，平行班選作）

甲醇是一種可再生能源，具有開發(fā)和應(yīng)用的廣闊前景，工業(yè)上一般可采用如下反應(yīng)來(lái)合成甲醇：CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）．
（1）分析該反應(yīng)并回答下列問(wèn)題：
①平衡常數(shù)的表達(dá)式為K=

c(CH3OH)

c(CO)?c2H(2)

．
②下列各項(xiàng)中，不能說(shuō)明該反應(yīng)已經(jīng)達(dá)到平衡的是

d

（填字母編號(hào)）．
a．恒溫、恒容條件下，容器內(nèi)的壓強(qiáng)不發(fā)生變化
b．一定條件下，CH₃OH分解的速率和CH₃OH生成的速率相等
c．恒溫、恒容條件下，CO、H₂和CH₃OH的濃度保持不變
d．一定條件下，單位時(shí)間內(nèi)消耗1mol CO，同時(shí)生成1mol CH₃OH
（2）如圖1是該反應(yīng)在不同溫度下CO的轉(zhuǎn)化率隨時(shí)間變化的曲線．該反應(yīng)的△H

＜

0（填“＞”、“＜”或“=”）；T₁和T₂溫度下的平衡常數(shù)大小關(guān)系是K₁

＞

K₂（填“＞”、“＜”或“=”）．若容器容積不變，下列措施可增加甲醇產(chǎn)率的是

b

（填字母編號(hào)）．
a．升高溫度              b．將CH₃OH（g）從體系中分離
c．使用合適的催化劑      d．充入He（g），使壓強(qiáng)增大
（3）已知在常溫常壓下：
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
則CH₃OH（l）和O₂生成CO和H₂O（l）的熱化學(xué)方程式是：

2CH₃OH（1）+2O₂（g）=2CO（g）+4H₂O（l）△H=-（a+4c-b）kJ?mol^-1

．
（4）2009年10月，中國(guó)科學(xué)院長(zhǎng)春應(yīng)用化學(xué)研究所在甲醇燃料電池技術(shù)方面獲得新突破，組裝出自呼吸電池及主動(dòng)式電堆．甲醇燃料電池的工作原理如圖2所示．該電池工作時(shí)，b口通入的物質(zhì)是

甲醇

，正極上的電極反應(yīng)式為

O₂+4H⁺+4e^-=2H₂O

．
（5）以上述電池做電源，用如圖3所示裝置，在實(shí)驗(yàn)室中模擬鋁制品表面“鈍化”處理的過(guò)程中，發(fā)現(xiàn)溶液逐漸變渾濁，原因是（用相關(guān)的電極反應(yīng)式和離子方程式表示）：

Al-3e^-=Al³⁺，Al³⁺+3HCO₃^-=Al（OH）₃↓+CO₂↑

．

Answer 1

分析：（1）①平衡常數(shù)指平衡時(shí)各生成物濃度的化學(xué)計(jì)量數(shù)次冪的乘積除以各反應(yīng)物濃度的化學(xué)計(jì)量數(shù)次冪的乘積所得的比值；
②a．隨反應(yīng)進(jìn)行，氣體的物質(zhì)的量減小，容器內(nèi)壓強(qiáng)減小；
b．達(dá)平衡狀態(tài)時(shí)正逆反應(yīng)速率相等；
c．平衡時(shí)各組分的濃度、含量不變；
d．一定條件下，單位時(shí)間內(nèi)消耗1mol CO，同時(shí)生成1mol CH₃OH，都表示正反應(yīng)速率，自始至終都按此比例進(jìn)行；
（2）根據(jù)先拐先平數(shù)值大原則，由圖1可知，溫度T₁＜T₂，平衡時(shí)，溫度越高CO的轉(zhuǎn)化率越小，說(shuō)明升高溫度，平衡向逆反應(yīng)移動(dòng)，升高溫度平衡向吸熱反應(yīng)移動(dòng)，據(jù)此判斷反應(yīng)熱，K₁與K₂關(guān)系；提高甲醇產(chǎn)率，應(yīng)采取措施，使平衡向正反應(yīng)移動(dòng)，結(jié)合平衡移動(dòng)原理分析；
（3）根據(jù)蓋斯定律，由已知熱化學(xué)方程式乘以適當(dāng)?shù)南禂?shù)進(jìn)行加減，反應(yīng)熱也處于相應(yīng)的系數(shù)進(jìn)行相應(yīng)的加減，構(gòu)造目標(biāo)熱化學(xué)方程式；
（4）由裝置圖可知，b極通入氣體后產(chǎn)生氣體，c極通入氣體后產(chǎn)生水，故b極通入為甲醇，c極通入的是氧氣，原電池負(fù)極發(fā)生氧化反應(yīng)，正極反應(yīng)還原反應(yīng)；
（5）電解池陽(yáng)極發(fā)生氧化反應(yīng)，金屬Al放電生成Al³⁺，Al³⁺與HCO₃^-發(fā)生雙水解，生成Al（OH）₃．

解答：解：（1）①可逆反應(yīng)：CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）的平衡常數(shù)k=

c(CH3OH)

c(CO)?c2H(2)

，故答案為：

c(CH3OH)

c(CO)?c2H(2)

；
②a．隨反應(yīng)進(jìn)行，氣體的物質(zhì)的量減小，容器內(nèi)壓強(qiáng)減小，容器內(nèi)的壓強(qiáng)不發(fā)生變化，說(shuō)明到達(dá)平衡狀態(tài)，故a正確；
b．CH₃OH分解的速率和CH₃OH生成的速率相等，說(shuō)明正逆反應(yīng)速率相等，說(shuō)明到達(dá)平衡狀態(tài)，故b正確；
c．平衡時(shí)各組分的濃度、含量不變，說(shuō)明到達(dá)平衡狀態(tài)，故c正確；
d．一定條件下，單位時(shí)間內(nèi)消耗1mol CO，同時(shí)生成1molCH₃OH，都表示正反應(yīng)速率，自始至終都按此比例進(jìn)行，不能說(shuō)明到達(dá)平衡狀態(tài)，故d錯(cuò)誤．
故答案為：d；
（2）由圖1可知，溫度T₁＜T₂，平衡時(shí)，溫度越高CO的轉(zhuǎn)化率越小，說(shuō)明升高溫度，平衡向逆反應(yīng)移動(dòng)，升高溫度平衡向吸熱反應(yīng)移動(dòng)，故該反應(yīng)正反應(yīng)為放熱反應(yīng)；升高溫度，平衡向逆反應(yīng)移動(dòng)，所以K₁＞K₂，
a．升高溫度，平衡向逆反應(yīng)移動(dòng)，甲醇產(chǎn)率降低，故a錯(cuò)誤；
b．將CH₃OH（g）從體系中分離，平衡向正反應(yīng)移動(dòng)，甲醇產(chǎn)率增大，故b正確；
c．使用合適的催化劑，縮短到達(dá)平衡時(shí)間，不影響平衡移動(dòng)，甲醇產(chǎn)率不變，故c錯(cuò)誤；
d．容器容積不變，充入He（g），使壓強(qiáng)增大，但反應(yīng)混合物的濃度不變，不影響平衡移動(dòng)，甲醇產(chǎn)率不變，故d錯(cuò)誤；
故b可以使甲醇產(chǎn)率增大，故答案為：＜；＞；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
由蓋斯定律可知，①-②+③×4得2CH₃OH（1）+2O₂（g）=2CO（g）+4H₂O（l）△H=-（a+4c-b） kJ?mol^-1
故答案為：2CH₃OH（1）+2O₂（g）=2CO（g）+4H₂O（l）△H=-（a+4c-b） kJ?mol^-1；
（4）由裝置圖可知，b極通入氣體后產(chǎn)生氣體，c極通入氣體后產(chǎn)生水，故b極通入為甲醇，c極通入的是氧氣，原電池負(fù)極發(fā)生氧化反應(yīng)，正極反應(yīng)還原反應(yīng)，氧氣在正極放電，與氫離子結(jié)合生成水，正極電極反應(yīng)式為O₂+4H⁺+4e^-=2H₂O，故答案為：甲醇；O₂+4H⁺+4e^-=2H₂O；
（5）電解池陽(yáng)極發(fā)生氧化反應(yīng)，金屬Al放電Al-3e^-=Al³⁺，生成Al³⁺，Al³⁺與HCO₃^-發(fā)生雙水解Al³⁺+3HCO₃^-=Al（OH）₃↓+CO₂↑，生成Al（OH）₃溶液變渾濁，
故答案為：Al-3e^-=Al³⁺，Al³⁺+3HCO₃^-=Al（OH）₃↓+CO₂↑．

點(diǎn)評(píng)：本題考查平衡常數(shù)、平衡狀態(tài)判斷、平衡移動(dòng)及圖象、熱化學(xué)方程式書寫、原電池、電解池等，難度中等，需要學(xué)生具備扎實(shí)的基礎(chǔ)與靈活運(yùn)用能力．