综合题15.0分
化学

开发利用清洁能源具有广阔的开发和应用前景,可减少污染解决雾霾问题。甲醇是一种可再生的清洁能源,一定条件下用CO和H2合成CH3OH:CO(g)+2H2 (g)CH3OH(g) ∆H =-105 kJ·mol-1。向体积为2 L的密闭容器中充入2mol CO和4mol H2,测得不同温度下容器内的压强(P:kPa)随时间(min)的变化关系如下左图中Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ曲线所示:

13.

①Ⅱ和Ⅰ相比,改变的反应条件是                                             

②反应Ⅰ在6 min时达到平衡,在此条件下从反应开始到达到平衡时v (CH3OH) =       

③反应Ⅱ在2 min时达到平衡,平衡常数K(Ⅱ)=                        。在体积和温度不变的条件下,在上述反应达到平衡Ⅱ时,再往容器中加入1 mol CO和3 mol CH3OH后v(正)_______ v (逆)。(填“>”“<”“=”),原因是:_______________________。

④比较反应Ⅰ的温度(T1)和反应Ⅲ的温度(T3)的高低:T1         T3(填“>”“<”“=”),判断的理由是_________________________________________。

14.某研究所组装的CH3OH﹣O2燃料电池的工作原理如图1所示。

①该电池负极的电极反应式为:                                  

②以此电池作电源进行电解,装置如图2所示。发现溶液逐渐变浑浊并有气泡产生,其原因是                                             (用相关的离子方程式表示)

第1小题正确答案及相关解析

正确答案

① Ⅱ中使用催化剂,

解析

Ⅱ和Ⅰ相比,达到平衡时的压强相同,说明平衡状态是相同的,所以改变的反应条件为Ⅱ中使用催化剂; 

                           CO(g)   +   2H2 (g)    CH3OH(g)

初始(mol·L-1 )   1               2                  0

转化(mol·L-1 )    x              2x                x

平衡(mol·L-1 )   1-x           2-2x             x

根据阿伏伽德罗定律可知,等体积条件下,气体的总物质的量与总压强成正比。所以:=,计算可得x=0.75,

即                          CO(g)   +   2H2 (g)    CH3OH(g)

初始(mol·L-1 )   1               2                   0

转化(mol·L

考查方向

本题主要考查了化学平衡、化学反应速率计算及原电池和电解池的电极反应式的书写。

解题思路

本题第一部分考查化学平衡和化学反应速率相关计算:可逆反应CO(g)+2H2 (g)CH3OH(g)是一个气体总分子数减少的放热反应,加入催化剂只能改变反应速率但是不影响平衡,其平衡常数K=,当浓度商Q=K时,化学反应达到平衡状态。

易错点

本题在计算过程中容易遗漏容器的体积。

第2小题正确答案及相关解析

正确答案

②CH3OH-6e-+ H2O= CO2↑+6H+  

解析

该燃料电池中,甲醇参与负极反应,对应的产物为CO2

故电极反应式:CH3OH-6e-+ H2O= CO2↑+6H+

图2所示的电解池中,铝作阳极,

其电极反应式为:Al﹣3e=Al3+由于电解质溶液中含有碳酸氢钠,

故发生反应Al3++3HCO3=Al(OH)3↓+3CO2

考查方向

本题主要考查了化学平衡、化学反应速率计算及原电池和电解池的电极反应式的书写。

解题思路

本题第二部分考查原电池和电解池电极反应式的书写。

易错点

本题在计算过程中容易遗漏容器的体积。