Question

【題目】能源短缺是人類社會面臨的重大問題。甲醇是一種可再生能源，具有廣泛的開犮和應用前景。工業上通過媒的氣化生成的CO和H2合成甲醇，反應原理為：CO(g)＋2H2(g) CH3OH(g)

(1)在一容積可變的密閉容器中充有10 mol CO和20mol H2，在催化劑作用下發生反應生成甲醇。CO的平衡轉化率(a)與溫度(T)、壓強(p)的關系如圖1所示。

①合成甲醇的反應為_____(填“放熱”或“吸熱”)反應。判斷理由是_________。平衡常數KA_____KC(填“>”、“<”或“=”)。

②下列有關該反應的說法正確的是_____(填字母序號)。

A.當v(CO)生成=2v消耗(H2) 時該反應達到平衡狀態

B.其它條件不變，只改變CO和H2的投料量，該反應的焓變發生改變

C.在反應過程中混合氣體的密度和相對平均分子質量均不發生變化

D.使用催化劑可以減小反應的活化能

(2)下列措施可以提高甲醇產率的是________。

A.壓縮容器體積

B.恒容條件下充入He，使體系總壓強增大

C.將CH3OH (g)從體系中分離

D.恒壓條件下再充入10mol CO和20mol H2

(3)甲醇一一空氣燃料電池裝置如圖2所示。

①該電池甲電極的電極反應式為_________。

②若用此甲醇燃料電池電解200mL —定濃度NaCl與CuSO4的混合溶液（電極為惰性電極，不參與反應），電極產生氣體體積（標況下）與電解時間的關系圖如圖3所示，此溶液中硫酸銅的濃度為______mol/L。

Answer 1

【答案】 放熱 從圖1可以看出，在壓強不變的情況下，隨溫度T的升高，CO 轉化率減低，說明平衡逆向移動，則正向為放熱反應 > BD AC CH3OH +H2O-6e-=CO2+6H+ 0.1

【解析】(1)①由圖可知，隨溫度升高CO的轉化率減小，說明升高溫度平衡向逆反應方向移動，正反應為放熱反應；對于上述反應溫度升高平衡向逆反應方向移動，平衡常數減小，所以A、C二點的平衡常數KA＞KC；

②A.v(CO)生成與v消耗(H2) 均為逆反應速率，無法判斷是平衡狀態，故A錯誤；B.該反應的焓變與反應物的用量有關，故B正確；C.在反應過程中體積和混合氣體的質量始終不變，但混合氣體的總物質的量改變，則混合氣體的密度不變，相對平均分子質量改變，故C錯誤；D.使用催化劑可以減小反應的活化能，加快反應速率，故D正確；答案為BD；

(2)A.壓縮容器體積，平衡正向移動，可以提高甲醇產率，故A正確；B.恒容條件下充入He，使體系總壓強增大，但平衡不移動，不可以提高甲醇產率，故B錯誤；C.將CH3OH (g)從體系中分離，促進平衡正向移動，可以提高甲醇產率，故C正確；D.恒壓條件下再充入10molCO和200mol H2，相當于兩個平衡狀態相加，平衡不移動，可以增加甲醇的產量，但不可以提高甲醇產率，故D錯誤；答案為AC。

(3)①燃料電池工作時質子(H+)向正極移動，則甲電極為負極，甲醇發生氧化反應，其電極反應式為CH3OH +H2O-6e-=CO2+6H+；

②結合圖可知，電解200mL一定濃度的NaCl與CuSO4混合溶液，陽極發生2Cl--2e-=Cl2↑、4OH--4e-=O2↑+2H2O，陰極發生Cu2++2e-=Cu、2H++2e-=H2↑，所以陽極上先產生氣體，曲線Ⅱ表示陽極產生氣體的變化；Ⅰ為陰極氣體體積與時間的關系，Ⅱ為陽極氣體體積與時間的關系由圖可知，產生氯氣為224mL，由t2時生成氧氣為112mL，n(O2)= =0.005mol，則共轉移電子為0.02mol+0.005mol×4=0.04mol，根據電子守恒及Cu2++2e-=Cu可知，n(CuSO4)= =0.02mol，所以c(CuSO4)= =0.1mol/L。