Question

【題目】CH3OH是一種重要的化工原料。工業(yè)上常以CO和H2的混合氣體為原料制備甲醇，其反應(yīng)方程式為CO+2H2CH3OH。

(1)一定條件下向2 L的密閉容器中通入一定量的CO和H2使其發(fā)生上述反應(yīng)，n(CO)隨時(shí)間的變化如下表所示:

時(shí)間/min	0	1	2	3	4	5
n(CO)/mol	1.0	0.8	0.5	0.25	0.20	0.20

①平均反應(yīng)速率最大的時(shí)間段:___________min(填 “0~1”、“1~2” 、“2~3”“3~4”或“4~5”)。

②從反應(yīng)開始到3 min末，氫氣的平均反應(yīng)速率v(H2)=______________mol·L-1·min-1

③能夠判斷該反應(yīng)達(dá)到平衡的是________(填字母) 。

a.v逆(CO)=2v正(H2)

b.CO、H2和CH3OH三種物質(zhì)的濃度相等

c.CH3OH分解的速率和CH3OH生成的速率相等

d.相同時(shí)間內(nèi)消耗1molCO，同時(shí)消耗1molCH3OH

④工業(yè)上用CO和H2為原料制備甲醇的過程中，會(huì)有副產(chǎn)物二甲醚(CH3OCH3)生成，寫出該反應(yīng)的化學(xué)方程式:__________.

(2)甲醇燃料電池是目前開發(fā)最成功的燃料電池之一，這種燃料電池由甲醇、氧氣、KOH溶液構(gòu)成，電池總反應(yīng)為2CH3OH+3O2+4OH-=2+ 6H2O，其裝置圖下圖所示。

①電極a為電池的_______(填 “正極”或“負(fù)極”)

②電極b的電極反應(yīng)式:________。

③電極C的電極反應(yīng)式:________。

Answer 1

【答案】1～2 0.25 cd 2CO+4H2→CH3OCH3+H2O 負(fù)極 O2+4e-+2H2O=4OH- 2Cl--2e-=Cl2

【解析】

(1)①由不同時(shí)間段CO物質(zhì)的量的變化量多少進(jìn)行判斷；

②先計(jì)算出CO的平均反應(yīng)速率，再根據(jù)速率之比等于化學(xué)計(jì)量數(shù)之比計(jì)算出H2的平均反應(yīng)速率；

③可逆反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)的判斷標(biāo)志是原來變化的量不變了，據(jù)此分析判斷；

④由甲醇與二甲醚的分子式之間的關(guān)系進(jìn)行分析；

(2)甲醇燃料電池中，甲醇在負(fù)極發(fā)生氧化反應(yīng)，氧氣在正極發(fā)生還原反應(yīng)，據(jù)此分析解答。

(1)①在5min內(nèi)的幾個(gè)時(shí)間段內(nèi)，CO物質(zhì)的量的減少量分別為：0.2mol、0.3mol、0.25mol、0.05mol、0mol，從而可以確定平均反應(yīng)速率最大的時(shí)間段為CO物質(zhì)的量的減少量最多的時(shí)間段，即1～2min，答案為：1～2；

②由表中數(shù)據(jù)可知，從反應(yīng)開始到3 min末，CO物質(zhì)的量的減少量為1.0mol-0.25mol=0.75mol，則v(CO)==0.125 mol·L-1·min-1，根據(jù)速率之比等于化學(xué)計(jì)量數(shù)之比，反應(yīng)CO+2H2CH3OH中氫氣的平均反應(yīng)速率v(H2)=2v(CO)=2×0.125 mol·L-1·min-1=0.25 mol·L-1·min-1，答案為：0.25；

③反應(yīng)為CO+2H2CH3OH

a. 根據(jù)反應(yīng)可得出v正(H2)=2 v正(CO)，故v逆(CO)=2v正(H2)時(shí)反應(yīng)沒有達(dá)到平衡，a不符題意；

b. CO、H2和CH3OH三種物質(zhì)的濃度相等，反應(yīng)可能處于平衡狀態(tài)，也可能未處于平衡狀態(tài)，這與反應(yīng)開始時(shí)加入的反應(yīng)物的多少及反應(yīng)的轉(zhuǎn)化率等有關(guān)，b不符題意；

c.一定條件下，CH3OH分解的速率和CH3OH生成的速率相等，即正逆反應(yīng)速率相等，可以判斷反應(yīng)達(dá)到平衡，c符合題意；

d. 對(duì)于反應(yīng)CO+2H2CH3OH，相同時(shí)間內(nèi)消耗1molCO，同時(shí)消耗1molCH3OH說明正逆反應(yīng)速率相等，可以判斷反應(yīng)達(dá)到平衡，d符合題意，答案選cd；

④1mol的二甲醚(CH3OCH3)可以看作是2mol的甲醇(CH3OH)發(fā)生分子間脫水生成，由CO+2H2CH3OH可以推出用CO和H2生成副產(chǎn)物二甲醚的反應(yīng)為：2CO+4H2→CH3OCH3+H2O，答案為：2CO+4H2→CH3OCH3+H2O；

(2)甲醇燃料電池甲醇在負(fù)極失去電子發(fā)生氧化反應(yīng)，氧氣在正極得到電子發(fā)生還原反應(yīng)

①由圖可知電極a處通入甲醇，故電極a為負(fù)極，答案為：負(fù)極；

②由圖可知電極b處通入氧氣，電極b為正極，氧氣在正極得到電子發(fā)生還原反應(yīng)，堿性條件下氧氣發(fā)生的反應(yīng)為：O2+4e-+2H2O=4OH-，答案為：O2+4e-+2H2O=4OH-；

③由圖可知電極c與燃料電池的正極相連，所以電極c為電解池的陽極，電極c為惰性電極，電解質(zhì)溶液為CuCl2溶液，所以在電極c上發(fā)生反應(yīng)的是溶液里的陰離子，由于放電順序Cl->OH-，故電極c的電極反應(yīng)式為：2Cl--2e-=Cl2，答案為：2Cl--2e-=Cl2。