Question

【题目】甲醇（CH3OH）可作为新型汽车动力燃料，以下是甲醇在工业上的制备过程：

请回答下列问题：

(1)在一定条件下反应室Ⅰ中发生反应：CH4(g)+H2O(g)CO(g)+3H2(g)。将1molCH4和2molH2O通入反应室Ⅰ（设反应室容积为10L），10min末有0.1molCO生成，则10min内反应的平均速率ν(H2)=_____mol/(L·min)。

(2)在容积不变的条件下，不能说明反应室Ⅰ中的反应已达到平衡状态的是____（选填字母标号）

a．CO的物质的量不在改变 b．容器内的压强保持不变

c．CH4的消耗速率与生成速率相等 d．容器内的密度保持不变

(3)在容积为1L反应室Ⅱ中充入1molCO与2molH2，在催化剂作用下反应生成甲醇：CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)，当反应达平衡时，CO的转化率为80%，则平衡前后的压强之比为____(最简整数比)。

(4)氢氧燃料电池的反应原理示意图如图所示。

该电池中电极b是_____（填“正极”或“负极”），其电极反应式为______。

Answer 1

【答案】0.003 d 15:7 正 O2+4e-+4H+=2H2O

【解析】

(1)先计算V(CO)，然后根据方程式中CO、H2生成关系计算V(H2)；

(2)根据可逆反应达到平衡时，任何物质的物质的量、物质的量浓度及物质的量分数等不变分析、判断；

(3)先计算平衡时各种气体的物质的量，然后根据物质的量的比等于压强比计算；

(4)在燃料电池中通入燃料的电极为负极，通入氧气的电极为正极，结合电解质溶液的酸碱性书写反应方程式。

(1)根据化学反应速率V(CO)==0.001 mol/(L·min)，根据方程式CH4(g)+H2O(g)CO(g)+3H2(g)可知：每反应产生1个CO，就会同时产生3个H2，所以V(H2)=3V(CO)=3×0.001 mol/(L·min)=0.003 mol/(L·min)；

(2) a.CO是生成物，若未达到平衡，则CO的物质的量就会发生变化，所以CO的物质的量不再改变，说明反应达到平衡状态，a不符合题意；

b.该反应在恒容密闭容器中进行，反应前后气体的物质的量改变，若容器内的压强保持不变，说明气体的物质的量不变，反应达到平衡状态，b不符合题意；

c.CH4的消耗速率与生成速率相等，则甲烷的物质的量不变，反应处于平衡状态，c不符合题意；

d.反应在恒容密闭容器内进行，反应混合物都是气体，无论反应是否进行，也无论反应是否处于平衡状态，容器内的密度始终保持不变，因此不能根据气体密度不变判断平衡状态，d符合题意；

故合理选项是d；

(3)可逆反应CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)

n(开始)mol 1 2 0

n(转化)mol 0.8 1.6 0.8

n(平衡)mol 0.2 0.4 0.8

平衡时气体的总物质的量为n(总)平衡=0.2mol+0.4mol+0.8mol=1.4mol，反应开始时的总物质的量为1mol+2mol=3mol，由于容器的容积不变，所以反应前后的压强比等于气体的物质的量的比，故p(前)：p(后)=n(前)：n(后)=3:1.4=15:7；

(4)在该燃料电池中，a电极通入H2，为负极，b电极通入O2，为正极，由于电解质溶液为酸性，所以在正极b上发生的反应为O2+4e-+4H+=2H2O；在负极a上，H2失去电子，发生氧化反应，电极反应式为H2-2e-=2H+。