Question

【題目】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）下圖是該反應(yīng)在不同溫度下CO的轉(zhuǎn)化率隨時間變化的曲線。

① 該反應(yīng)的焓變ΔH____________0（填“＜”、“＞”或“=”）。② T1和T2溫度下的平衡常數(shù)大小關(guān)系是K1____________K2（填“＜”、“＞”或“=”）。③ 若容器容積不變，下列措施可增加甲醇產(chǎn)率的是______________。

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，使體系總壓強增大

（2）一定溫度下，向體積為2L的密閉容器中加入CO和H2，發(fā)生反應(yīng)CO（g）+2H2（g） CH3OH（g），達(dá)平衡后測得各組分濃度如下：

物質(zhì)	CO	H2	CH3OH
濃度(molL-1)	0.9	1.0	0.6

①平衡常數(shù)K=________________。

②若保持體積不變，再充入0.6molCO和0.4molCH3OH，此時V正______V逆（填“＜”、“＞”或“=”）。

（3）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所示。

① 該電池工作時，b口通入的物質(zhì)為____________。

② 該電池正極的電極反應(yīng)式為 ___________________。

③ 工作一段時間后，當(dāng)3.2g甲醇完全反應(yīng)生成CO2時，有___________NA個電子轉(zhuǎn)移。

（4）以上述電池做電源，用下圖所示裝置，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】<>b2/3=CH3OHO2+4e-+4H+=2H2O0.6Al-3e- =Al3+， Al3++3HCO3-=Al(OH)3↓+3CO2↑

【解析】(1)①反應(yīng)CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)中，反應(yīng)向右進(jìn)行，一氧化碳的轉(zhuǎn)化率增大，溫度升高，化學(xué)平衡向著吸熱方向進(jìn)行，根據(jù)圖中的信息可以知道：T2＞T1，所以該反應(yīng)是放熱反應(yīng)；
②對于放熱反應(yīng)，溫度越高，化學(xué)平衡常數(shù)越小，T2＞T1，反之越大，所以K1＞K2；
③a.若容器容積不變，升高溫度，反應(yīng)CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)平衡逆向移動，甲醇產(chǎn)率降低，故a錯誤；b.將CH3OH(g)從體系中分離，反應(yīng)CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)平衡正向移動，甲醇產(chǎn)率增大，故b正確；c.使用合適的催化劑不會引起化學(xué)平衡的移動，甲醇的轉(zhuǎn)化率不變，故c錯誤；d.若容器容積不變，充入He，使體系總壓強增大，單質(zhì)各組分的濃度不變，化學(xué)平衡不移動，甲醇的轉(zhuǎn)化率不變，故d錯誤；故選b；

(2)①CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)，由圖表中物質(zhì)平衡濃度可知，K=

=L2moL-2；
②若保持體積不變，再充入0.6molCO和0.4molCH3OH，則 各物質(zhì)濃度為
CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)，
0.9+0.6=1.5 1.0 0.6+0.4=1
Q===K，說明此時達(dá)到的平衡和原來的平衡狀態(tài)相同，則V正=V逆；

(3)①根據(jù)裝置可以知道d處生成大量的水，所以c電極是通入的氧氣，b口通入的物質(zhì)為CH3OH；
②d處生成大量的水，所以c電極是通入的氧氣，為正極，發(fā)生電極反應(yīng)為：O2+4e-+4H+=2H2O；

③ 當(dāng)3.2g即0.1mol甲醇完全反應(yīng)生成CO2時，根據(jù)總反應(yīng)：2CH3OH+3O2=2CO2+4H2O，消耗氧氣0.15mol，轉(zhuǎn)移電子0.6mol，即個數(shù)為0.6NA；

(5)在電解池中，金屬鋁為陽極，發(fā)生電極反應(yīng)：Al→Al3++3e-，鋁離子會和碳酸氫根離子之間發(fā)生雙水解反應(yīng)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。