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，工业上一般可采用如下反应来合成甲醇：CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)。

（1）下图是该反应在不同温度下CO的转化率随时间变化的曲线。

① 该反应的焓变ΔH____________0（填“＜”、“＞”或“=”）。② T1和T2温度下的平衡常数大小关系是K1____________K2（填“＜”、“＞”或“=”）。③ 若容器容积不变，下列措施可增加甲醇产率的是______________。

a．升高温度 b．将CH3OH(g)从体系中分离

c．使用合适的催化剂 d．充入He，使体系总压强增大

（2）一定温度下，向体积为2L的密闭容器中加入CO和H2，发生反应CO（g）+2H2（g） CH3OH（g），达平衡后测得各组分浓度如下：

物质	CO	H2	CH3OH
浓度(molL-1)	0.9	1.0	0.6

①平衡常数K=________________。

②若保持体积不变，再充入0.6molCO和0.4molCH3OH，此时V正______V逆（填“＜”、“＞”或“=”）。

（3）中国科学院长春应用化学研究所在甲醇燃料电池技术方面获得新突破，组装出了自呼吸电池及主动式电堆。甲醇燃料电池的工作原理如图所示。

① 该电池工作时，b口通入的物质为____________。

② 该电池正极的电极反应式为 ___________________。

③ 工作一段时间后，当3.2g甲醇完全反应生成CO2时，有___________NA个电子转移。

（4）以上述电池做电源，用下图所示装置，在实验室中模拟铝制品表面“钝化”处理的过程中，发现溶液逐渐变浑浊，原因是（用相关的电极反应式和离子方程式表示）：_______________ 。

Answer 1

【答案】<>b2/3=CH3OHO2+4e-+4H+=2H2O0.6Al-3e- =Al3+， Al3++3HCO3-=Al(OH)3↓+3CO2↑

【解析】(1)①反应CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)中，反应向右进行，一氧化碳的转化率增大，温度升高，化学平衡向着吸热方向进行，根据图中的信息可以知道：T2＞T1，所以该反应是放热反应；
②对于放热反应，温度越高，化学平衡常数越小，T2＞T1，反之越大，所以K1＞K2；
③a.若容器容积不变，升高温度，反应CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)平衡逆向移动，甲醇产率降低，故a错误；b.将CH3OH(g)从体系中分离，反应CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)平衡正向移动，甲醇产率增大，故b正确；c.使用合适的催化剂不会引起化学平衡的移动，甲醇的转化率不变，故c错误；d.若容器容积不变，充入He，使体系总压强增大，单质各组分的浓度不变，化学平衡不移动，甲醇的转化率不变，故d错误；故选b；

(2)①CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)，由图表中物质平衡浓度可知，K=

=L2moL-2；
②若保持体积不变，再充入0.6molCO和0.4molCH3OH，则 各物质浓度为
CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)，
0.9+0.6=1.5 1.0 0.6+0.4=1
Q===K，说明此时达到的平衡和原来的平衡状态相同，则V正=V逆；

(3)①根据装置可以知道d处生成大量的水，所以c电极是通入的氧气，b口通入的物质为CH3OH；
②d处生成大量的水，所以c电极是通入的氧气，为正极，发生电极反应为：O2+4e-+4H+=2H2O；

③ 当3.2g即0.1mol甲醇完全反应生成CO2时，根据总反应：2CH3OH+3O2=2CO2+4H2O，消耗氧气0.15mol，转移电子0.6mol，即个数为0.6NA；

(5)在电解池中，金属铝为阳极，发生电极反应：Al→Al3++3e-，铝离子会和碳酸氢根离子之间发生双水解反应生成氢氧化铝沉淀和二氧化碳，即Al3++3HCO3-=Al(OH)3↓+3CO2↑，溶液逐渐变浑浊。