Question

（實驗班必做，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)來合成甲醇：CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）．
（1）分析該反應(yīng)并回答下列問題：
①平衡常數(shù)的表達式為K=    ．
②下列各項中，不能說明該反應(yīng)已經(jīng)達到平衡的是    （填字母編號）．
a．恒溫、恒容條件下，容器內(nèi)的壓強不發(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，單位時間內(nèi)消耗1mol CO，同時生成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    （填字母編號）．
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：    ．
（4）2009年10月，中國科學(xué)院長春應(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，b口通入的物質(zhì)是    ，正極上的電極反應(yīng)式為    ．
（5）以上述電池做電源，用如圖3所示裝置，在實驗室中模擬鋁制品表面“鈍化”處理的過程中，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）：    ．

Answer 1

【答案】分析：（1）①平衡常數(shù)指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；
②a．隨反應(yīng)進行，氣體的物質(zhì)的量減小，容器內(nèi)壓強減小；
b．達平衡狀態(tài)時正逆反應(yīng)速率相等；
c．平衡時各組分的濃度、含量不變；
d．一定條件下，單位時間內(nèi)消耗1mol CO，同時生成1mol CH₃OH，都表示正反應(yīng)速率，自始至終都按此比例進行；
（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，溫度越高CO的轉(zhuǎn)化率越小，說明升高溫度，平衡向逆反應(yīng)移動，升高溫度平衡向吸熱反應(yīng)移動，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，結(jié)合平衡移動原理分析；
（3）根據(jù)蓋斯定律，由已知熱化學(xué)方程式乘以適當?shù)南禂?shù)進行加減，反應(yīng)熱也處于相應(yīng)的系數(shù)進行相應(yīng)的加減，構(gòu)造目標熱化學(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，原電池負極發(fā)生氧化反應(yīng)，正極反應(yīng)還原反應(yīng)；
（5）電解池陽極發(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=，故答案為：；
②a．隨反應(yīng)進行，氣體的物質(zhì)的量減小，容器內(nèi)壓強減小，容器內(nèi)的壓強不發(fā)生變化，說明到達平衡狀態(tài)，故a正確；
b．CH₃OH分解的速率和CH₃OH生成的速率相等，說明正逆反應(yīng)速率相等，說明到達平衡狀態(tài)，故b正確；
c．平衡時各組分的濃度、含量不變，說明到達平衡狀態(tài)，故c正確；
d．一定條件下，單位時間內(nèi)消耗1mol CO，同時生成1molCH₃OH，都表示正反應(yīng)速率，自始至終都按此比例進行，不能說明到達平衡狀態(tài)，故d錯誤．
故答案為：d；
（2）由圖1可知，溫度T₁＜T₂，平衡時，溫度越高CO的轉(zhuǎn)化率越小，說明升高溫度，平衡向逆反應(yīng)移動，升高溫度平衡向吸熱反應(yīng)移動，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，所以K₁＞K₂，
a．升高溫度，平衡向逆反應(yīng)移動，甲醇產(chǎn)率降低，故a錯誤；
b．將CH₃OH（g）從體系中分離，平衡向正反應(yīng)移動，甲醇產(chǎn)率增大，故b正確；
c．使用合適的催化劑，縮短到達平衡時間，不影響平衡移動，甲醇產(chǎn)率不變，故c錯誤；
d．容器容積不變，充入He（g），使壓強增大，但反應(yīng)混合物的濃度不變，不影響平衡移動，甲醇產(chǎn)率不變，故d錯誤；
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↑．
點評：本題考查平衡常數(shù)、平衡狀態(tài)判斷、平衡移動及圖象、熱化學(xué)方程式書寫、原電池、電解池等，難度中等，需要學(xué)生具備扎實的基礎(chǔ)與靈活運用能力．