Question

（2011?濟南一模）（實驗班必做，平行班選作）

甲醇是一種可再生能源，具有開發和應用的廣闊前景，工業上一般可采用如下反應來合成甲醇：CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）．
（1）分析該反應并回答下列問題：
①平衡常數的表達式為K=

c(CH3OH)

c(CO)?c2H(2)

．
②下列各項中，不能說明該反應已經達到平衡的是

d

（填字母編號）．
a．恒溫、恒容條件下，容器內的壓強不發生變化
b．一定條件下，CH₃OH分解的速率和CH₃OH生成的速率相等
c．恒溫、恒容條件下，CO、H₂和CH₃OH的濃度保持不變
d．一定條件下，單位時間內消耗1mol CO，同時生成1mol CH₃OH
（2）如圖1是該反應在不同溫度下CO的轉化率隨時間變化的曲線．該反應的△H

＜

0（填“＞”、“＜”或“=”）；T₁和T₂溫度下的平衡常數大小關系是K₁

＞

K₂（填“＞”、“＜”或“=”）．若容器容積不變，下列措施可增加甲醇產率的是

b

（填字母編號）．
a．升高溫度              b．將CH₃OH（g）從體系中分離
c．使用合適的催化劑      d．充入He（g），使壓強增大
（3）已知在常溫常壓下：
①2CH₃OH（l）+3O₂（g）=2CO₂（g）+4H₂O（g）△H=-a kJ?mol^-1
②2CO（g）+O₂（g）=2CO₂（g）△H=-b kJ?mol^-1
③H₂O（g）=H₂O（l）△H=-c kJ?mol^-1
則CH₃OH（l）和O₂生成CO和H₂O（l）的熱化學方程式是：

2CH₃OH（1）+2O₂（g）=2CO（g）+4H₂O（l）△H=-（a+4c-b）kJ?mol^-1

．
（4）2009年10月，中國科學院長春應用化學研究所在甲醇燃料電池技術方面獲得新突破，組裝出自呼吸電池及主動式電堆．甲醇燃料電池的工作原理如圖2所示．該電池工作時，b口通入的物質是

甲醇

，正極上的電極反應式為

O₂+4H⁺+4e^-=2H₂O

．
（5）以上述電池做電源，用如圖3所示裝置，在實驗室中模擬鋁制品表面“鈍化”處理的過程中，發現溶液逐漸變渾濁，原因是（用相關的電極反應式和離子方程式表示）：

Al-3e^-=Al³⁺，Al³⁺+3HCO₃^-=Al（OH）₃↓+CO₂↑

．

Answer 1

分析：（1）①平衡常數指平衡時各生成物濃度的化學計量數次冪的乘積除以各反應物濃度的化學計量數次冪的乘積所得的比值；
②a．隨反應進行，氣體的物質的量減小，容器內壓強減小；
b．達平衡狀態時正逆反應速率相等；
c．平衡時各組分的濃度、含量不變；
d．一定條件下，單位時間內消耗1mol CO，同時生成1mol CH₃OH，都表示正反應速率，自始至終都按此比例進行；
（2）根據先拐先平數值大原則，由圖1可知，溫度T₁＜T₂，平衡時，溫度越高CO的轉化率越小，說明升高溫度，平衡向逆反應移動，升高溫度平衡向吸熱反應移動，據此判斷反應熱，K₁與K₂關系；提高甲醇產率，應采取措施，使平衡向正反應移動，結合平衡移動原理分析；
（3）根據蓋斯定律，由已知熱化學方程式乘以適當的系數進行加減，反應熱也處于相應的系數進行相應的加減，構造目標熱化學方程式；
（4）由裝置圖可知，b極通入氣體后產生氣體，c極通入氣體后產生水，故b極通入為甲醇，c極通入的是氧氣，原電池負極發生氧化反應，正極反應還原反應；
（5）電解池陽極發生氧化反應，金屬Al放電生成Al³⁺，Al³⁺與HCO₃^-發生雙水解，生成Al（OH）₃．

解答：解：（1）①可逆反應：CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）的平衡常數k=

c(CH3OH)

c(CO)?c2H(2)

，故答案為：

c(CH3OH)

c(CO)?c2H(2)

；
②a．隨反應進行，氣體的物質的量減小，容器內壓強減小，容器內的壓強不發生變化，說明到達平衡狀態，故a正確；
b．CH₃OH分解的速率和CH₃OH生成的速率相等，說明正逆反應速率相等，說明到達平衡狀態，故b正確；
c．平衡時各組分的濃度、含量不變，說明到達平衡狀態，故c正確；
d．一定條件下，單位時間內消耗1mol CO，同時生成1molCH₃OH，都表示正反應速率，自始至終都按此比例進行，不能說明到達平衡狀態，故d錯誤．
故答案為：d；
（2）由圖1可知，溫度T₁＜T₂，平衡時，溫度越高CO的轉化率越小，說明升高溫度，平衡向逆反應移動，升高溫度平衡向吸熱反應移動，故該反應正反應為放熱反應；升高溫度，平衡向逆反應移動，所以K₁＞K₂，
a．升高溫度，平衡向逆反應移動，甲醇產率降低，故a錯誤；
b．將CH₃OH（g）從體系中分離，平衡向正反應移動，甲醇產率增大，故b正確；
c．使用合適的催化劑，縮短到達平衡時間，不影響平衡移動，甲醇產率不變，故c錯誤；
d．容器容積不變，充入He（g），使壓強增大，但反應混合物的濃度不變，不影響平衡移動，甲醇產率不變，故d錯誤；
故b可以使甲醇產率增大，故答案為：＜；＞；b；
（3）已知：①2CH₃OH（1）+3O₂（g）=2CO₂（g）+4H₂O（g）△H=-a kJ?mol^-1
②2CO（g）+O₂（g）=2CO₂（g）△H=-b kJ?mol^-1
③H₂O（g）=H₂O（1）△H=-c kJ?mol^-1
由蓋斯定律可知，①-②+③×4得2CH₃OH（1）+2O₂（g）=2CO（g）+4H₂O（l）△H=-（a+4c-b） kJ?mol^-1
故答案為：2CH₃OH（1）+2O₂（g）=2CO（g）+4H₂O（l）△H=-（a+4c-b） kJ?mol^-1；
（4）由裝置圖可知，b極通入氣體后產生氣體，c極通入氣體后產生水，故b極通入為甲醇，c極通入的是氧氣，原電池負極發生氧化反應，正極反應還原反應，氧氣在正極放電，與氫離子結合生成水，正極電極反應式為O₂+4H⁺+4e^-=2H₂O，故答案為：甲醇；O₂+4H⁺+4e^-=2H₂O；
（5）電解池陽極發生氧化反應，金屬Al放電Al-3e^-=Al³⁺，生成Al³⁺，Al³⁺與HCO₃^-發生雙水解Al³⁺+3HCO₃^-=Al（OH）₃↓+CO₂↑，生成Al（OH）₃溶液變渾濁，
故答案為：Al-3e^-=Al³⁺，Al³⁺+3HCO₃^-=Al（OH）₃↓+CO₂↑．

點評：本題考查平衡常數、平衡狀態判斷、平衡移動及圖象、熱化學方程式書寫、原電池、電解池等，難度中等，需要學生具備扎實的基礎與靈活運用能力．