Question

【题目】工业上用CO生产燃料甲醇。一定条件下发生反应：CO(g)+2H2(g) CH3OH(g)。图1表示反应中能量的变化；图2表示一定温度下，在体积为2L的密闭容器中加入4mol H2和一定量的CO后，CO和CH3OH(g)的浓度随时间变化图。

请回答下列问题

（1）在“图1”中，曲线______（填a或b）表示使用了催化剂；该反应属于_____________（填吸热、放热）反应。

（2）从反应开始到建立平衡， v(H2)=________；反应达到化学平衡时，下列有关叙述正确的是______ 。

a.容器内气体压强保持不变

b.反应放热182 kJ

c.若升温，该反应的v(正)增大，v(逆)减小

d.若向容器内通入少量氢气，则此时v(正)>v(逆)

（3）甲醇-空气燃料电池（DMFC）是一种高效能、轻污染电动汽车的车载电池，该燃料电池的电池反应式为：2CH3OH(l)＋ 3O2(g)==2CO2(g)＋4 H2O(l)。其工作原理示意图如下：

①上图的出入口通入或排出的物质名称（或化学式）b________ ，a_____________.

②负极的电极反应式为_____________________________________。电池中放电过程中负极附近溶液的pH将_____________(填“下降”、“上升”或“不变”)；

（4）最近，又有科学家制造出一种固体电解质的燃料电池，其效率更高。一个电极通入空气，另一个电极通入汽油蒸气。其中固体电解质是掺杂了Y2O3的ZrO2固体，它在高温下能传导O2－离子(其中氧化反应发生完全)。以丁烷代表汽油。该电池的正极反应式___________________________。该电池的负极反应式__________________________________。放电时固体电解质里的O2－离子的移动方向是向_________________极移动(填“正”或“负”)。

Answer 1

【答案】 b 放热 0.15 mol/L.min-1 ad CH3OH CO2 CH3OH-6e-+H2O=CO2+6H+ 下降 O2+4e-=2O2- C4H10-26e-+13O2-=4CO2+5H2O 负

【解析】（1）催化剂降低反应的活化能，则在“图1”中，曲线b表示使用了催化剂；反应物总能量高于生成物总能量，该反应属于放热反应。（2）从反应开始到建立平衡，生成甲醇是0.75mol/L，根据方程式可知消耗氢气是1.5mol/L，则v(H2)＝1.5mol/L÷10min＝0.15 mol/L·min-1；a.正反应体积减小，反应达到化学平衡时，容器内气体压强保持不变，a正确；b.生成甲醇是0.75mol/L，物质的量是1.5mol，所以反应放热1.5×（510kJ－419kJ）＝136.5kJ，b错误；c.若升温，正逆反应速率均增大，c错误；d.若向容器内通入少量氢气，反应物浓度增大，平衡向正反应方向进行，则此时v(正)>v(逆)，d正确，答案选ad；

（3）①原电池中阳离子向正极移动，则根据图中氢离子的移动方向可知右侧电极是正极，左侧是负极，因此b处通入的是甲醇，甲醇的氧化产物是CO2，则a处流出的是CO2；②甲醇在负极通入，负极的电极反应式为 CH3OH-6e-+H2O=CO2+6H+。根据负极电极反应式可知负极产生氢离子，则电池中放电过程中负极附近溶液的pH将下降；(4)氧气在正极通入，由于传递的是氧离子，则该电池的正极反应式为O2+4e-=2O2-。汽油在负极通入，该电池的负极反应式为C4H10-26e-+13O2-=4CO2+5H2O。原电池中阴离子向负极移动，则放电时固体电解质里的O2－离子的移动方向是向负极移动。