Question

甲醇是一種新型燃料，甲醇燃料電池即將從實(shí)驗(yàn)室走向工業(yè)化生產(chǎn)．工業(yè)上一般以CO和H₂為原料合成甲醇，該反應(yīng)的熱化學(xué)方程式為：CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）△H₁=-116kJ?mol^-1
（1）一定溫度下，將2mol CO和一定量H₂充入一恒壓密閉容器中，下列示意圖正確且能說(shuō)明反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)的是

 

．

若在相同溫度下，上述反應(yīng)改在體積為2L的恒容密閉容器中進(jìn)行，平衡常數(shù)

 

（填“增大”“不變”或“減小”）；反應(yīng)10s后CO的物質(zhì)的量為l．2mol，則0～10s的平均反應(yīng)速率v（H₂）=

 

．

（2）在容積為2L的恒容容器中，分別研究在230℃、250℃和270℃三種溫度下合成甲醇的規(guī)律．如圖1是上述三種溫度下不同的H₂和CO的起始組成比（起始時(shí)CO的物質(zhì)的量均為2mol）與CO平衡轉(zhuǎn)化率的關(guān)系．
請(qǐng)回答：
①在上述三種溫度中，曲線X對(duì)應(yīng)的是

 

．
②利用圖1中a點(diǎn)對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)，計(jì)算出曲線Z在對(duì)應(yīng)溫度下CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）的平衡常數(shù)K=

 

．
（3）已知：CO（g）+

1

2

O₂（g）=CO₂（g）；△H₂=-283kJ?mol^-1
H₂（g）+

1

2

O₂（g）=H₂O（g）△H₃=-242kJ?mol^-1
則表示1mol氣態(tài)甲醇完全燃燒生成CO₂和水蒸氣時(shí)的熱化學(xué)方程式為

 

；
（4）乙醇燃料電池具有很高的實(shí)用價(jià)值．如圖2所示是一種酸性燃料電池酒精檢測(cè)儀，具有自動(dòng)吹氣流量偵測(cè)與控制的功能，非常適合進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)酒精檢測(cè)．則該電池的負(fù)極反應(yīng)式為

 

．

Answer 1

分析：（1）根據(jù)CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)，正逆反應(yīng)速率相等，各組分的濃度不再變化進(jìn)行判斷，注意該反應(yīng)的反應(yīng)熱是定值，不能作為判斷平衡狀態(tài)的依據(jù)；平衡常數(shù)受溫度的影響，溫度不變平衡常數(shù)不變；根據(jù)一氧化碳的物質(zhì)的量計(jì)算出消耗的氫氣的物質(zhì)的量，再計(jì)算出0～10s的平均反應(yīng)速率v（H₂）；
（2）①根據(jù)反應(yīng)為放熱反應(yīng)，溫度升高，平衡向著逆向移動(dòng)，一氧化碳的轉(zhuǎn)化率判斷；
②根據(jù)a點(diǎn)各組分的濃度及化學(xué)平衡常數(shù)表達(dá)式進(jìn)行計(jì)算；
（3）根據(jù)蓋斯定律結(jié)合題中熱化學(xué)方程式寫成1mol氣態(tài)甲醇完全燃燒生成CO₂和水蒸氣時(shí)的熱化學(xué)方程式；
（4）根據(jù)圖示得出酸性燃料電池的反應(yīng)物和生成物，再根據(jù)原電池原理寫出該電池的負(fù)極反應(yīng)式．

解答：解：（1）a、由于恒壓、恒溫密閉容器中，容器的容積隨著氣體的物質(zhì)的量變化而變化，反應(yīng)兩邊都是氣體，氣體的質(zhì)量不變，所以密度不變，說(shuō)明各組分的物質(zhì)的量不再變化，正逆反應(yīng)速率相等，達(dá)到了平衡狀態(tài)，故a正確；
b、該反應(yīng)的反應(yīng)熱是定值，不能作為判斷是否達(dá)到平衡狀態(tài)的依據(jù)，故b錯(cuò)誤；
c、正反應(yīng)速率不變，不能判斷正逆反應(yīng)速率是否相等，無(wú)法判斷是否達(dá)到了平衡狀態(tài)，故c錯(cuò)誤；
d、CO的轉(zhuǎn)化率不變，表明一氧化碳的生成速率和消耗速率相等，達(dá)到了平衡狀態(tài)，故d正確；
化學(xué)平衡常數(shù)與溫度有關(guān)，溫度不變，化學(xué)下平衡常數(shù)不會(huì)變化；
反應(yīng)10s后CO的物質(zhì)的量為l．2mol，消耗的一氧化碳的物質(zhì)的量為：2mol-1.2mol=0.8mol，根據(jù)反應(yīng)計(jì)量數(shù)關(guān)系，消耗的氫氣的物質(zhì)的量為：1.6mol，
0～10s的平均反應(yīng)速率v（H₂）=

1.6mol 2L

10s

=0.08mol/（L?s），
故答案為：ad；不變；0.08mol/（L?s）；
（2）①反應(yīng)CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）△H₁=-116kJ?mol^-1，正反應(yīng)為吸熱反應(yīng)，升高溫度，化學(xué)平衡向著逆向移動(dòng)，一氧化碳的轉(zhuǎn)化率會(huì)減小，曲線X中一氧化碳的轉(zhuǎn)化率最高，說(shuō)明溫度是最低的，即溫度為230℃，
故答案為：230℃；
②利用圖1中a點(diǎn)時(shí)，n（H₂）/n（CO）=1.5，一氧化碳的轉(zhuǎn)化率為50%，加入的一氧化碳的物質(zhì)的量為2mol，所以氫氣的物質(zhì)的量為3mol，
反應(yīng)消耗了一氧化碳的物質(zhì)的量為：2mol×50%=1mol，分解反應(yīng)方程式可知，同時(shí)會(huì)消耗2mol氫氣、生成1mol甲醇，
達(dá)到平衡時(shí)各組分的濃度分別為：c（CO）=

2mol-1mol

2L

=0.5mol/L，c（H₂）=

3mol-2mol

2L

=0.5mol/L，c（CH₃OH）=

1mol

2L

=0.5mol/L，
曲線Z在對(duì)應(yīng)溫度下CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）的平衡常數(shù)K=

0.5

0.5×0．52

=4，
故答案為：4；
（3）①CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）△H₁=-116kJ?mol^-1，
②CO（g）+

1

2

O₂（g）=CO₂（g）；△H₂=-283kJ?mol^-1，
③H₂（g）+

1

2

O₂（g）=H₂O（g）△H₃=-242kJ?mol^-1，
根據(jù)蓋斯定律，將②-①+③×2可得：CH₃OH（g）+

3

2

O₂=CO₂（g）+H₂O（g）△H=-651kJ?mol^-1，
故答案為：CH₃OH（g）+

3

2

O₂=CO₂（g）+H₂O（g）△H=-651kJ?mol^-1；
（4）根據(jù)圖2可知，該原電池的燃料為乙醇和氧氣，生成物乙酸和水，電解質(zhì)為酸性溶液，原電池負(fù)極失去電子發(fā)生了氧化反應(yīng)，所以負(fù)極反應(yīng)為乙醇失去電子生成乙酸，電極反應(yīng)為：CH₃CH₂OH+H₂O-4e^-=CH₃COOH+4H⁺，
故答案為：CH₃CH₂OH+H₂O-4e^-=CH₃COOH+4H⁺．

點(diǎn)評(píng)：本題考查了化學(xué)平衡狀態(tài)的判斷、蓋斯定律進(jìn)行反應(yīng)熱的計(jì)算、化學(xué)電源燃料電池等知識(shí)，題目難度中等，涉及的知識(shí)點(diǎn)較多，充分考查了學(xué)生的分析、理解能力和靈活應(yīng)用學(xué)生知識(shí)的能力．