Question

煤化工產業(yè)的重要產品之一甲醇，是一種新型的汽車動力燃料，發(fā)達國家等一般通過CO和H₂化合制備甲醇（反應恒溫恒容），該反應的化學方程式為：CO （g）+2H₂（g）?CH₃OH（g） 
（1）下列描述中能說明上述反應已達平衡的是

 

；
A．容器內氣體的平均摩爾質量保持不變
B.2v（H₂）_正=v（CH₃OH）_逆
C．容器中氣體的壓強保持不變
D．單位時間內生成n mol CO的同時生成2n mol H₂
（2）在容積固定的恒溫密閉容器中充入CO和H₂發(fā)生上述反應，反應在第4min時候達到其限度，此時容器中壓強與反應前之比為3：5，容器內物質的各種物質的量濃度如下表：

時間/濃度	c（CO）（mol/L）	c（H2）（mol/L）	c（CH3OH）（mol/L）
起始	0.200	0.300	0.000
第4min	a	b	c

則b=

 

（3）甲醇-空氣燃料電池（DMFC）是一種高效能、輕污 染電動汽車的車載電池，其工作原理如圖所示，該燃料電池的電池反應式為2CH₃OH（g）+3O₂（g）═2CO₂（g）+4H₂O（l），則負極的電極反應式為

 

，如果該電池工作時電路中通過1.2mol電子，則消耗CH₃OH有

 

mol．

Answer 1

考點：化學平衡狀態(tài)的判斷,化學電源新型電池

專題：化學平衡專題,電化學專題

分析：（1）A、氣體的總質量不變，氣體的物質的量變化，根據M=

m

n

可知氣體的平均摩爾質量是一個變量；
B、化學反應速率之比不等于化學計量數之比，證明正、逆速率不等；
C、對于氣體而言，該反應不是一個等體積、等物質的量的反應，容器中氣體的壓強隨著氣體的物質的量的變化而變化；
D、生成n molCO的同時生成2n mol H₂均代表逆反應速率；
（2）恒溫恒壓條件下，氣體的壓強與物質的量濃度成正比，利用差量法分析計算；
（3）根據氫離子的移動方向知，右邊電極是正極，左邊電極是負極，負極上燃料失電子發(fā)生氧化反應，正極上氧化劑得電子發(fā)生還原反應，據此書寫電極反應式，然后根據電極反應式判斷則消耗CH₃OH的物質的量．

解答： 解：（1）A、氣體的總質量不變，氣體的物質的量變化，根據M=

m

n

可知氣體的平均摩爾質量是一個變量，當氣體的平均摩爾質量保持不變，說明達到化學平衡狀態(tài)，故A正確；
B、2v（H₂）_正=v（CH₃OH）_逆，化學反應速率之比不等于化學計量數之比，證明正、逆速率不等，故B錯誤；
C、對于氣體而言，該反應不是一個等體積、等物質的量的反應，容器中氣體的壓強隨著氣體的物質的量的變化而變化，當壓強不變說明處于化學平衡狀態(tài)，故C正確；
D、生成n molCO的同時生成2n mol H₂均代表逆反應速率，不能說明正、逆速率相等，故D錯誤；
故答案為：A、C；
（2）恒溫恒壓條件下，氣體的壓強與物質的量濃度成正比，平衡時氣體的濃度和為：（0.200+0.300）mol/L×

3

5

=0.300mol/L，△c=0.500mol/L-0.300mol/L=0.200mol/L，
CO （g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）△n
   1      2            1     2
          x              0.200mol/L
x=0.200mol/L，因此b=0.300mol/L-0.200mol/L=0.100mol/L，
故答案為：0.100；
（3）可燃物甲醇在負極失去電子生成二氧化碳，負極電極反應式為：CH₃OH-6e^-+H₂O=CO₂+6H⁺，
由CH₃OH～～～～6e^-，
  1mol      6mol
 0.2mol       1.2mol
故答案為：CH₃OH-6e^-+H₂O=CO₂+6H⁺；0.2．

點評：本題考查知識點全面，綜合性較強，涉及化學平衡狀態(tài)的判定、燃料電池等知識，明確燃料電池中正負極上得失電子是解答（3）的關鍵，題目難度較大．