Question

（17分）甲醇是一種可再生能源，具有開發和應用的廣闊前景，工業上采用如下反應合成甲醇：
CO(g)+2H₂(g)CH₃OH(g)，現模擬并分析該反應：
(1)能夠說明該反應已達到平衡的是_________：
a．恒溫、恒容時，容器內的壓強不再變化
b．恒溫、恒容時，容器內混合氣體的密度不再變化
c．一定條件下，CO、H₂和CH₃OH的濃度保持不變
d．一定條件下，單位時間內消耗2molH₂的同時生成1 mol CH₃OH
(2)右圖是該反應在不同溫度下CO轉化率隨時間的變化曲線：

①該反應的△H____0（填“>”、“<”或“=”）。
②T₁和T₂溫度下的平衡常數：K₁____K₂（填“>”、“<”或“=”）。
(3)2009年，長春應用化學研究所在甲醇燃料電池技術上獲得新突破，原理如圖1所示。
①甲醇完全燃燒的化學方程式_______________________。
②請寫出從C口通入O₂發生的電極反應式___________________。
(4)用上述電池做電源，用圖2裝置電解飽和食鹽水(C₁、C₂均為石墨電極)。
①該反應的離子方程式________________________。
②電解開始后在電極__________________的周圍（填“C₁”或“C₂”）先出現紅色。

Answer 1

(1)ac（4分（4分，選一個對得2分，一對一錯不得分）：
(2)①<（2分） ②>（2分）
(3)①2CH₃OH＋3O₂2CO₂＋4H₂O（2分）；②O₂＋4e^－＋4H^＋=2H₂O（2分）
(4)2Cl^－＋2H₂OCl₂↑＋H₂↑＋2OH^－（3分）      C₂ （2分）

（1）在一定條件下，當可逆反應的正反應速率和逆反應速率相等時（但不為0），反應體系中各種物質的濃度或含量不再發生變化的狀態，稱為化學平衡狀態，所以c正確。根據方程式可知，反應是體積減小的，因此壓強也是減小的，所以a也能說明達到平衡狀態。密度是混合氣的質量和容器容積的比值，在反應過程中質量和容積始終是不變的，b不正確。D中反應速率的方向是相同的，不正確。答案選ac。
（2）①根據圖像可知，溫度為t2的曲線首先達到平衡狀態，說明反應速率快，因此t2大于t1。溫度高，CO的轉化率低，說明升高溫度，平衡向逆反應方向移動，因此正反應是放熱反應，即△H＜0。
②升高溫度，平衡向逆反應方向移動，因此平衡常數減小，即K₁＞K₂。
（3）①甲醇完全燃燒的生成物是水和CO₂。所以方程式為2CH₃OH＋3O₂2CO₂＋4H₂O。
②氧氣在反應中得到電子，因此在正極通入，又因為氫離子向正極移動，所以正極電極反應式為O₂＋4e^－＋4H^＋=2H₂O。
（4）惰性電極電解飽和食鹽水時，陽極是氯離子放電，產生氯氣。陰極是氫離子放電，產生氫氣，因此陰極周圍水的電離平衡被破壞，溶液顯堿性，顯紅色。由于C2和電源的負極相連，所以
C2是陰極，該電極周圍溶液顯紅色。該反應的方程式為2Cl^－＋2H₂OCl₂↑＋H₂↑＋2OH^－。