Question

煤化工产业的重要产品之一甲醇，是一种新型的汽车动力燃料，发达国家等一般通过CO和H₂化合制备甲醇（反应恒温恒容），该反应的化学方程式为：CO （g）+2H₂（g）?CH₃OH（g） 
（1）下列描述中能说明上述反应已达平衡的是

 

；
A．容器内气体的平均摩尔质量保持不变
B.2v（H₂）_正=v（CH₃OH）_逆
C．容器中气体的压强保持不变
D．单位时间内生成n mol CO的同时生成2n mol H₂
（2）在容积固定的恒温密闭容器中充入CO和H₂发生上述反应，反应在第4min时候达到其限度，此时容器中压强与反应前之比为3：5，容器内物质的各种物质的量浓度如下表：

时间/浓度	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

则b=

 

（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，其工作原理如图所示，该燃料电池的电池反应式为2CH₃OH（g）+3O₂（g）═2CO₂（g）+4H₂O（l），则负极的电极反应式为

 

，如果该电池工作时电路中通过1.2mol电子，则消耗CH₃OH有

 

mol．

Answer 1

考点：化学平衡状态的判断,化学电源新型电池

专题：化学平衡专题,电化学专题

分析：（1）A、气体的总质量不变，气体的物质的量变化，根据M=

m

n

可知气体的平均摩尔质量是一个变量；
B、化学反应速率之比不等于化学计量数之比，证明正、逆速率不等；
C、对于气体而言，该反应不是一个等体积、等物质的量的反应，容器中气体的压强随着气体的物质的量的变化而变化；
D、生成n molCO的同时生成2n mol H₂均代表逆反应速率；
（2）恒温恒压条件下，气体的压强与物质的量浓度成正比，利用差量法分析计算；
（3）根据氢离子的移动方向知，右边电极是正极，左边电极是负极，负极上燃料失电子发生氧化反应，正极上氧化剂得电子发生还原反应，据此书写电极反应式，然后根据电极反应式判断则消耗CH₃OH的物质的量．

解答： 解：（1）A、气体的总质量不变，气体的物质的量变化，根据M=

m

n

可知气体的平均摩尔质量是一个变量，当气体的平均摩尔质量保持不变，说明达到化学平衡状态，故A正确；
B、2v（H₂）_正=v（CH₃OH）_逆，化学反应速率之比不等于化学计量数之比，证明正、逆速率不等，故B错误；
C、对于气体而言，该反应不是一个等体积、等物质的量的反应，容器中气体的压强随着气体的物质的量的变化而变化，当压强不变说明处于化学平衡状态，故C正确；
D、生成n molCO的同时生成2n mol H₂均代表逆反应速率，不能说明正、逆速率相等，故D错误；
故答案为：A、C；
（2）恒温恒压条件下，气体的压强与物质的量浓度成正比，平衡时气体的浓度和为：（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，
故答案为：0.100；
（3）可燃物甲醇在负极失去电子生成二氧化碳，负极电极反应式为：CH₃OH-6e^-+H₂O=CO₂+6H⁺，
由CH₃OH～～～～6e^-，
  1mol      6mol
 0.2mol       1.2mol
故答案为：CH₃OH-6e^-+H₂O=CO₂+6H⁺；0.2．

点评：本题考查知识点全面，综合性较强，涉及化学平衡状态的判定、燃料电池等知识，明确燃料电池中正负极上得失电子是解答（3）的关键，题目难度较大．