Question

能源短缺是人類面臨的重大問題．甲醇是一種可再生能源，具有廣泛的開發和應用前景．
（1）工業上一般采用下列兩種反應合成甲醇：
反應Ⅰ：CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）△H₁
反應Ⅱ：CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）△H₂
①上述反應符合“原子經濟”原則的是

 

（填“Ⅰ”或“Ⅱ”），
②下表所列數據是反應Ⅱ在不同溫度下的化學平衡常數（K）
I．由表中數據判斷△H₂

 

0（填“＞”、“＜”或“=”）．
Ⅱ．若容器容積不變，下列措施可增加甲醇產率的是

 

（填序號）．
A．升高溫度      B．將CH₃OH（g）從體系中分離出來      C．使用合適的催化劑
D．充入He，使體系總壓強增大           E．按原比例再充入CO和H₂
Ⅲ．

溫度	250℃	300℃	350℃
K	2.041	0.270	0.012

某溫度下，將2mol CO和6mol H₂充入2L的密閉容器中，充分反應，達到平衡后，測得c（CO）=0.2mol?L^-1，則CO的轉化率為

 

，此時的溫度為

 

（從上表中選擇）；
（2）某實驗小組依據甲醇燃燒的反應原理，設計如右圖所示的原電池裝置．
①該電池工作時，OH^-向

 

極移動（填“正”或“負”），
②該電池正極的電極反應式為

 

．

Answer 1

分析：（1）①“原子經濟性”是指在化學品合成過程中，合成方法和工藝應被設計成能把反應過程中所用的所有原材料盡可能多的轉化到最終產物中；
②Ⅰ、反應物總能量大于生成物總能量時，該反應為放熱反應；
Ⅱ、措施可增加甲醇產率，即平衡正移，根據影響平衡的因素分析；
Ⅲ、根據一氧化碳的平衡濃度計算平衡時一氧化碳的物質的量，再根據轉化率公式計算其轉化率，根據平衡濃度計算K，再判斷溫度；
（2）①原電池工作是陰離子向負極移動；
②負極上燃料失電子發生氧化反應，正極上氧氣得電子發生還原反應，據此寫出電池反應式．

解答：解：（1）①根據原子經濟知，Ⅱ沒有副產物，符合原子經濟理念，中有副產物，不符合原子經濟理念，
故答案為：Ⅱ；   
②Ⅰ、根據圖象知，反應物總能量大于生成物總能量，所以該反應是放熱反應，則△H₁＜0，
故答案為：＜；
Ⅱ、A．升高溫度，平衡逆移，甲醇產率降低，故錯誤；
B．將CH₃OH（g）從體系中分離出來，平衡正移，甲醇產率增大，故正確；
C．使用合適的催化劑，平衡不移動，故錯誤；
D．充入He，使體系總壓強增大，平衡不移動，故錯誤；
E．按原比例再充入CO和H₂，增大了壓強平衡正移，甲醇產率增大，故正確；
故答案為：BE；
Ⅲ、按反應II充分反應達到平衡后，測得c（CO）=0.2mol/L，物質的量為0.4mol；            
                CO （g）+2H₂ （g）?CH₃OH （g）
起始量（mol）     2        6           0
變化量（mol）     x        2x          x
平衡量（mol）    2-x      6-2x         x
平衡時一氧化碳的物質的量：2-x=0.4mol，所以x=1.6mol
平衡時各物質的濃度：c（CO）=0.2mol/L×2L=0.4mol，c（H₂）=

6-2×1.6

2

=1.4mol/L，c（CH₃OH）=

1.6

2

=0.8mol/L；
一氧化碳的轉化率=

(2-0.4)mol

2mol

=80%，K=

0.8mol/L

0.2mol/L×(1.4mol/L)2

=2.041，由表格可知溫度為250℃；
故答案為：80%；250℃；      
（2）①原電池工作是陰離子向負極移動，所以OH^-向負極移動，
故答案為：負；
②正極上氧氣得電子和水反應生成氫氧根離子，所以其電極反應式為O₂+2H₂O+4e^-═4OH^-，
故答案為：O₂+2H₂O+4e^-═4OH^-．

點評：本題考查了原電池原理、化學平衡移動等知識點，注意燃料電池中正負極上發生的電極反應式，題目難度中等．