Question

【題目】甲醇是重要的化工原料，也是一種優質的燃料。

Ⅰ.甲醇脫氫制取甲醛的原理為CH3OH(g)HCHO(g) +H2(g)。某科研小組在2 L密閉容器中充入1 mol CH3OH，對該反應進行了一系列的研究，得到甲醇的平衡轉化率隨溫度的變化曲線如圖所示。

（1）下列選項中，能說明該反應達到平衡狀態的是__________；

a．v(CH3OH) =v(HCHO) b．H2的體積分數不再變化

c．甲醛的質量分數不再改變 d．混合氣體密度不變

（2）在t1時，該反應的平衡常數為K=________________，此溫度下，從反應開始到平衡所經過的時間為5 s，則v(HCHO)為_______mol/(L·min)。向此容器中再通入1.1 mol CH3OH和1.1 mol H2，則平衡向_________（填“正反應”或“逆反應”）方向移動；

（3）600 K時，Y點甲醇的v(正)_______v(逆) (填“>”、“<”或“=”)，理由是_____________________；

Ⅱ.已知：CH3OH(g) +CuO(s)=HCHO(g) +Cu(s)+H2O(g) ΔH1=－a kJ/mol；

2Cu(s)+O2(g)=2CuO(s) ΔH2=－b kJ/mol；

（4）則在銅作催化劑時：2CH3OH(g)+O2(g)=2HCHO(g)+2H2O(g) ΔH3=______kJ/mol（用含a，b的代數式表示）；

Ⅲ.如圖所示是以NaOH溶液為電解質溶液的甲醇燃料電池：

（5）a極電極反應式為__________________________，若隔膜為陰離子交換膜，則電池工作一段后，電池負極區溶液中n(OH－)_____（填“增大”、“減小”或“不變”）。

Answer 1

【答案】 bc 4.05mol/L 5.4 正反應 < Y點甲醇的轉化率大于X點，反應向逆反應方向進行 －(2a+b) CH3OH+8OH－－6e－=CO32－+6H2O 減小

【解析】Ⅰ.（1）a．沒有指明正、逆速率，若均為正反應反應速率，二者反應速率始終相等，故a錯誤；b．隨反應進行氫氣的濃度增大，當H2的濃度不再變化時，說明到達平衡，故b正確；c．甲醛的質量分數不再改變，說明到達平衡，故c正確；d．混合氣體總質量不變，容器體積不變，混合氣體的密度始終不變，不能說明到達平衡，故d錯誤，故答案為bc；

（2）由圖可知，t1K時甲醇的轉化率為0.9，則參加反應甲醇的物質的量為0.9mol，容器體積為1L，則甲醇的起始濃度為1mol/L，濃度變化量為0.9mol/L，則：
CH3OH（g）HCHO（g）+H2（g）
開始（mol）：1 00
轉化（mol）：0.9 0.9 0.9
平衡（mol）：0.1 0.9 0.9
故T1K時，平衡常數K===4.05，此溫度下，從反應開始到平衡所經過的時間為5s，則v（HCHO）==5.4mol/(L·min)，達到平衡后若再向此容器中再通入1.1molCH3OH和1.1molH2，此時的濃度商Qc==0.083＜K=4.05，平衡向正反應方向進行；

（3）由圖可知，Y點的轉化率高于相同溫度下平衡點X的轉化率，故Y點反應向逆反應方向移動，則v（正）＜v（逆）；

Ⅱ.（4）已知：①CH3OH(g) +CuO(s)=HCHO(g) +Cu(s)+H2O(g) ΔH1=－a kJ/mol；②2Cu(s)+O2(g)=2CuO(s) ΔH2=－b kJ/mol；根據蓋斯定律由①×2+②可得2CH3OH(g)+O2(g)=2HCHO(g)+2H2O(g)，則ΔH3=ΔH1×2+ΔH2=－(2a+b)kJ/mol；

Ⅲ.（5）燃料電池通氧氣的極為正極，則b為正極，a為負極，負極上甲醇失電子發生氧化反應，在NaOH為電解質溶液時產物為CO32-，則a極電極反應式為CH3OH+8OH－－6e－=CO32－+6H2O；若隔膜為陰離子交換膜，b極室OH-透過陰離子交換膜進入a極室，但每轉移6mol電子，只能轉移6molOH-，而a極室要消耗8molOH-，故電池工作一段后，電池負極區溶液中n(OH－)減小。