Question

【题目】甲醇是一种可再生能源，具有开发和应用的广阔前景，研究甲醇具有重要意义。有人模拟用CO和H2合成甲醇，其反应为：CO(g) + 2H２(g) CH3OH(g) △H<0

（1）在容积固定为1L的密闭容器内充入2 mol CO和4 mol H2发生上述反应，20min时用压力计监测容器内压强的变化如下：

反应时间/min	0	5	10	15	20	25
压强/MPa	12.4	10.2	8.4	7.0	6.2	6.2

则反应从开始到20min时，以CO浓度变化表示的平均反应速率v(CO)=_________mol/(L·min)，该温度下平衡常数K=___________，若平衡后增大压强，则K值_________(填“增大”、“减小”或“不变”)。

（2）在恒温恒容的密闭容器中，不能判定CO(g)+2H２(g) CH3OH(g) △H<0，反应达到平衡的是___________；

A、压强保持不变 B、气体的密度保持不变

C、气体平均摩尔质量保持不变 D、速率v（H２）：v（CH3OH）=2：1

（3）如图是甲醇燃料电池结构示意图，C是________（填“正”或“负”）极，写出此电极的电极反应式__________________________________________。

（4）若以该电池为电源，用石墨做电极电解100mL CuSO4溶液，电解一段时间后，两极均收集到11.2L的气体（标准状况下），则原CuSO4溶液的物质的量浓度为________mol/L。

Answer 1

【答案】 0.075 3(mol/L)-2 不变 BD 负 CH3OH＋8OH-－6e－=CO32-＋6H2O 5

【解析】(1)由表中数据可知，20min反应到达平衡，恒温恒容下，压强之比等于物质的量之比，则平衡时混合气体总物质的量为(2+4)mol×=3mol，根据三段式求出平衡时各物质的物质的量，然后根据v=计算v(CO)；根据K=计算平衡常数；平衡常数只与温度有关；

(2)可逆反应到达平衡时，同种物质的正逆速率相等且保持不变，各组分的浓度、含量保持不变，据此判断；

(3)根据电子的流动方向可知，电极C为负极，据此分析解答；

(4)用石墨做电极电解100mL CuSO4溶液，阳极上氢氧根离子放电生成氧气，阴极上铜离子和氢离子放电，根据得失电子守恒求出生成的铜的物质的量，原CuSO4溶液的物质的量与铜的物质的量相等，据此分析解答。

(1)由表中数据可知，20min反应到达平衡，恒温恒容下，压强之比等于物质的量之比，则平衡时混合气体总物质的量为(2+4)mol×=3mol，设反应的CO物质的量为x，

CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)

起始量(mol)：2 4 0

变化量(mol)：x 2x x

平衡量(mol)：2-x 4-2x x

则(2-x)+(4-2x)+x=3mol，解得x=1.5mol，

从反应开始到20min时，以CO表示的平均反应速率v(CO)==0.075mol/(Lmin)；该温度下平衡常数K===3(mol/L)-2；若平衡后增大压强，温度不变，平衡常数不变，故答案为：0.075；3(mol/L)-2；不变；

(2)A、该反应前后气体的物质的量发生变化，压强保持不变，能够说明是平衡状态，不选；B、气体的体积不变，质量不变，气体的密度始终保持不变，不能说明是平衡状态，选；C、该反应前后气体的物质的量发生变化，质量不变，气体平均摩尔质量保持不变，能够说明是平衡状态，不选；D、任何时候都存在v(H2)：v(CH3OH)=2：1，不能说明是平衡状态，选；故选BD；

(3)根据电子的流动方向可知，电极C为负极，通入的是气体燃料甲醇，电极D为正极，通入的是氧气或空气，负极发生氧化反应，电极反应式为CH3OH＋8OH-－6e－=CO32-＋6H2O，故答案为：负；CH3OH＋8OH-－6e－=CO32-＋6H2O；

(4)用石墨做电极电解100mL CuSO4溶液，阳极上氢氧根离子放电生成氧气，物质的量为=0.5mol，阴极上开始为铜离子放电，后来氢离子放电生成氢气，其中氢气的物质的量为=0.5mol，根据得失电子守恒，生成的铜的物质的量==0.5mol，则原CuSO4溶液的物质的量浓度为=0.5mol/L故答案为：0.5。