Question

【題目】甲醇（CH3OH）可作為新型汽車動力燃料，以下是甲醇在工業上的制備過程：

請回答下列問題：

(1)在一定條件下反應室Ⅰ中發生反應：CH4(g)+H2O(g)CO(g)+3H2(g)。將1molCH4和2molH2O通入反應室Ⅰ（設反應室容積為10L），10min末有0.1molCO生成，則10min內反應的平均速率ν(H2)=_____mol/(L·min)。

(2)在容積不變的條件下，不能說明反應室Ⅰ中的反應已達到平衡狀態的是____（選填字母標號）

a．CO的物質的量不在改變 b．容器內的壓強保持不變

c．CH4的消耗速率與生成速率相等 d．容器內的密度保持不變

(3)在容積為1L反應室Ⅱ中充入1molCO與2molH2，在催化劑作用下反應生成甲醇：CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)，當反應達平衡時，CO的轉化率為80%，則平衡前后的壓強之比為____(最簡整數比)。

(4)氫氧燃料電池的反應原理示意圖如圖所示。

該電池中電極b是_____（填“正極”或“負極”），其電極反應式為______。

Answer 1

【答案】0.003 d 15:7 正 O2+4e-+4H+=2H2O

【解析】

(1)先計算V(CO)，然后根據方程式中CO、H2生成關系計算V(H2)；

(2)根據可逆反應達到平衡時，任何物質的物質的量、物質的量濃度及物質的量分數等不變分析、判斷；

(3)先計算平衡時各種氣體的物質的量，然后根據物質的量的比等于壓強比計算；

(4)在燃料電池中通入燃料的電極為負極，通入氧氣的電極為正極，結合電解質溶液的酸堿性書寫反應方程式。

(1)根據化學反應速率V(CO)==0.001 mol/(L·min)，根據方程式CH4(g)+H2O(g)CO(g)+3H2(g)可知：每反應產生1個CO，就會同時產生3個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，若未達到平衡，則CO的物質的量就會發生變化，所以CO的物質的量不再改變，說明反應達到平衡狀態，a不符合題意；

b.該反應在恒容密閉容器中進行，反應前后氣體的物質的量改變，若容器內的壓強保持不變，說明氣體的物質的量不變，反應達到平衡狀態，b不符合題意；

c.CH4的消耗速率與生成速率相等，則甲烷的物質的量不變，反應處于平衡狀態，c不符合題意；

d.反應在恒容密閉容器內進行，反應混合物都是氣體，無論反應是否進行，也無論反應是否處于平衡狀態，容器內的密度始終保持不變，因此不能根據氣體密度不變判斷平衡狀態，d符合題意；

故合理選項是d；

(3)可逆反應CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)

n(開始)mol 1 2 0

n(轉化)mol 0.8 1.6 0.8

n(平衡)mol 0.2 0.4 0.8

平衡時氣體的總物質的量為n(總)平衡=0.2mol+0.4mol+0.8mol=1.4mol，反應開始時的總物質的量為1mol+2mol=3mol，由于容器的容積不變，所以反應前后的壓強比等于氣體的物質的量的比，故p(前)：p(后)=n(前)：n(后)=3:1.4=15:7；

(4)在該燃料電池中，a電極通入H2，為負極，b電極通入O2，為正極，由于電解質溶液為酸性，所以在正極b上發生的反應為O2+4e-+4H+=2H2O；在負極a上，H2失去電子，發生氧化反應，電極反應式為H2-2e-=2H+。