Question

（15分）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，其中甲醇、甲烷是优质的清洁燃料，可制作燃料电池。

Ⅰ、一定条件下用CO和H₂合成CH₃OH：CO（g）+2H₂ （g）CH₃OH（g）△H=﹣105kJ•mol^﹣1．向体积为2L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）的变化关系如右图中Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ曲线所示：

(1)Ⅱ和Ⅰ相比，改变的反应条件是　　　　　　．

(2)反应Ⅰ在6min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2min时达到平衡，平衡常数K（Ⅱ）=　　　　　　．

(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　　　　　　                                ．

Ⅱ、甲烷和甲醇可以做燃料电池，具有广阔的开发和应用前景，回答下列问题：

(5)甲醇燃料电池（简称DMFC）由于结构简单、能量转化率高、对环境无污染，可作为常规能源的替代品而越来越受到关注。DMFC工作原理如右图所示：

通入a气体的电极是原电池的       极（填 “正”或“负”），其电极反应式为                          。

(6)某研究小组将两个甲烷燃料电池串联后作为电源，进行饱和氯化钠溶液电解实验，如图所示U形管中氯化钠溶液的体积为800ml。闭合K后，若每个电池甲烷用量均为0.224L（标况），且反应完全，则理论上通过电解池的电量为                   （法拉第常数F=9.65×10⁴C/mol），若产生的气体全部逸出，电解后溶液混合均匀，电解后U形管中溶液的pH为             。

Answer

Ⅰ⑴ Ⅱ中使用催化剂；

（2）0.125 mol/（L．min）；

⑶12；

(4)＞；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

Ⅱ⑸负， CH3OH +H2O — 6e - == CO2 + 6H+

⑹ 7.72×103C；13

【解析】

试题分析：Ⅰ（1）Ⅱ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）；

（3）Ⅱ、Ⅰ温度相同，平衡常数相同，平衡常数K（Ⅱ）=K===12，故答案为：12；

（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。

Ⅱ（5）燃料电池中，通入燃料的电极为负极，发生氧化反应，加成被氧化生成二氧化碳，电极方程式为，故答案为：负；CH3OH+H2O-6e -═CO2+6H+；

（6）电解氯化钠溶液的化学方程式为2NaCl+2H2O2NaOH+H2↑+Cl2↑，可知关系式1 mol CH4～8 mol e-～8molNaOH，故若每个电池甲烷通入量为0.224L（标准状况），生成0.08molNaOH，c（NaOH）==0.1mol/L，pH=13；电解池通过的电量为×8×9.65×104C•mol-1=7.72×103C（题中虽然有两个燃料电池，但电子的传递量只能用一个池的甲烷量计算），故答案为：7.72×103C；13。

【考点定位】考查化学平衡的计算；化学平衡的影响因素；原电池和电解池的工作原理

【名师点晴】本题考查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、电化学等知识，明确化学平衡及其影响为解答关键，注意掌握三段式在化学计算中的应用，试题培养了学生的化学计算能力。做题时注意从氧化还原的角度判断原电池的正负极以及电极方程式的书写，本题的难点和易错点为电极方程式的书写。