Question

开发利用清洁能源具有广阔的开发和应用前景，可减少污染解决雾霾问题。甲醇是一种可再生的清洁能源，一定条件下用CO和H₂合成CH₃OH：CO(g)+2H₂ (g)CH₃OH(g) ∆H =-105 kJ·mol^-1。向体积为2 L的密闭容器中充入2mol CO和4mol H₂，测得不同温度下容器内的压强(P：kPa)随时间(min)的变化关系如下左图中Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ曲线所示：

（1）①Ⅱ和Ⅰ相比，改变的反应条件是        。

②反应Ⅰ在6 min时达到平衡，在此条件下从反应开始到达到平衡时v (CH₃OH) =        。

③反应Ⅱ在2 min时达到平衡，平衡常数K(Ⅱ)=                        。在体积和温度不变的条件下，在上述反应达到平衡Ⅱ时，再往容器中加入1 mol CO和3 mol CH₃OH后v(正)_______ v (逆)。(填“>”“<”“=”)，原因是________________。

④比较反应Ⅰ的温度(T₁)和反应Ⅲ的温度(T₃)的高低：T₁         T₃(填“>”“<”“=”)，判断的理由是_____________________________。

（2）某研究所组装的CH₃OH﹣O₂燃料电池的工作原理如图1所示。

①该电池负极的电极反应式为：                                   。

②以此电池作电源进行电解，装置如图2所示。发现溶液逐渐变浑浊并有气泡产生，其原因是    

                                                    (用相关的离子方程式表示)。

Answer

（1）① Ⅱ中使用催化剂；②1/8或者0.125 mol/(L.min)；③12；=；Q==12=K，所以可逆反应达到平衡状态；④ >；此反应为放热反应，降低温度，平衡向正反应方向移动(或者反应Ⅰ达平衡时所用的时间比反应Ⅲ达平衡时所用的时间短，化学反应速率快，故T1温度更高)；

（2）②CH3OH-6e-+ H2O= CO2↑+6H+；③Al﹣3e－=Al3+、Al3++3HCO3－=Al(OH)3↓+3CO2↑(或者写总方程式也可以)；

【解析】

试题分析：（1）①Ⅱ和Ⅰ相比反应速率加快，不影响平衡移动，正反应为气体物质的量减小的反应，应是使用催化剂，故答案为：Ⅱ中使用催化剂；

②恒温恒容下，压强之比等于气体物质的量之比，故平衡时混合气体总物质的量为(2+4)mol×=3mol，则：

CO(g)+2H2 (g)CH3OH(g)物质的量减小△n=2

起始量(mol)：2 4 0

变化量(mol)：1.5 3 1.5 6-3=3

平衡量(mol)：0.5 1 1.5

则v(CH3OH)==0.125 mol/(L．min)，故答案为：0.125 mol/(L．min)；

③Ⅱ、Ⅰ温度相同，平衡常数相同，平衡常数K(Ⅱ)===12，此时浓度商Qc==12=K，处于平衡状态，则v(正)=v (逆)，故答案为：12；=，浓度商Qc==12=K，可逆反应处于平衡状态；

④反应Ⅲ达平衡时所用的时间比反应Ⅰ达平衡时所用的时间长，化学反应速率快，且Ⅲ平衡时压强比I小，与I相比平衡正向移动，正反应为气体体积减小放热反应，应降低温度，故温度T1温度更高，故答案为：＞；此反应为放热反应，降低温度，反应速率减慢，平衡向正反应方向移动；

（2）①氢离子向右移动，说明右面的电极是正极，故甲醇应从b也就是负极通入，负极上甲醇发生失电子的氧化反应，在酸性条件下，电极反应式应为：CH3OH-6e-+H2O=CO2↑+6H+，故答案为：CH3OH-6e-+H2O=CO2↑+6H+；

②铝作阳极，阳极上电极反应式为Al=Al3++3e-；阳极上生成的铝离子和碳酸氢根离子发生双水解反应生成氢氧化铝沉淀和二氧化碳气体，所以溶液变浑浊Al3++3HCO3-=Al(OH)3↓+3CO2↑，故答案为：Al-3e-=Al3+、Al3++3HCO3-=Al(OH)3↓+3CO2↑。

考点：考查了化学平衡计算与影响因素、化学平衡图象、反应速率与平衡常数、原电池的工作原理的相关知识。