Question

（1）随着人类对温室效应和资源短缺等问题的重视，如何降低大气中CO₂的含量及有效地开发利用CO₂，引起了各国的普遍关注， 目前工业上有一种方法是用CO₂来生产燃料甲醇。为探究反应原理，现进行如下实验：在体积为1 L的密闭容器中，充入1mol CO₂和3mol H₂，一定条件下发生反应：CO₂（g）＋3H₂（g）CH₃OH（g）＋H₂O（g）    △H＝－49．0kJ/mol

测得CO₂和CH₃OH（g）的浓度随时间变化如图所示。

平衡时H₂的转化率为      ___________ 。

反应进行到3 min时，同种物质的v_正 与v_逆的关系: v_正        v_逆（填＞，＝，＜）

③ 上述反应平衡常数的表达式为                    ，经计算该温度下此反应平衡常数的数值为                。

（2）如图装置，A、B中电极为多孔的惰性电极；C、D为夹在湿的Na₂SO₄滤纸条上的铂夹；电源有a、b两极。若在A、B中充满KOH溶液后倒立于KOH溶液的水槽中，切断K₁，闭合K₂、K₃，通直流电，一段时间后试管中产生气体，如图所示，据此分析：

B试管中的气体是_____（填名称或分子式）；a为电源________（正或负）极。

写出电解时A极的电极反应式： __________________。

③若电解一段时间，A、B中均有气体包围电极。此时切断K₂、K₃，闭合K₁。电流表的指针偏转，则此时B极电极反应式为_________________。

（3）甲烷燃料电池可以提升能量利用率．如图所示是利用甲烷燃料电池电解50ml2mol/L的氯化铜溶液的装置示意图：

请回答：

甲烷燃料电池的负极反应式是：                      ．

当A中消耗0.05mol氧气时，B中         极（填“a”或“b”）增重         g．

Answer

（1）①75%②＞；③K＝[c(CH3OH)×c(H2O)]/[c(CO2)×c3(H2)]；16/3 ；（2）①氢气或H2 ，负；②4OH--4e = 2H2O+O2↑（或2H2O-4e =4H+ +O2↑）；③ H2-2e-+ 2 OH-=2H2O ；(3)①CH4﹣8e﹣+10OH﹣=CO32﹣+7H2O；②b，6.4。

【解析】

试题分析：（1）达到平衡时，消耗c(H2)=3×0.75mol·L－1=2.25mol·L－1，则氢气的转化率为2.25/3×100%=75%；②3min没有达到平衡，反应向正反应方向进行，即v正>v逆；③根据化学平衡常数的定义，K=[c(CH3OH)×c(H2O)]/[c(CO2)×c3(H2)]；达到平衡时，c(H2O) = c(CH3OH) = 0.75 mol·L－1，c(H2) = (3/1－2.25) mol·L－1 = 0.75 mol·L－1，c(CO2) = 0.25 mol·L－1，代入表达式，K = 16/3；

（2）电解KOH溶液实际上电解H2O，2H2O2H2↑＋O2↑，B中气体体积大于A，因此试管B中气体为H2，试管B中电极接a，产生氢气的电极为阴极，即a为负极，b为正极；②试管A中气体为氧气，其电极反应式为2H2O－4e－=O2↑＋4H＋；③切断K2、K3，闭合K1，构成氢氧燃料电池，氢气一极为负极，氧气一极为正极，即A为负极，电极反应式为：H2＋2OH－－2e－=2H2O；（3）①甲烷燃料电池，通甲烷的一极为负极，因此电极反应式为：CH4＋10OH－－8e－=CO32－＋7H2O；②a接电源的正极，a作阳极，其电极反应式：2Cl－－2e－=Cl2↑，b接电源的负极，b作阴极，其电极反应式：Cu2+＋2e－=Cu，因此B中b极质量增重，O2＋2H2O＋4e－=4OH－，通过电子守恒，O2～4e－ ～2Cu，m(Cu)=0.05×2×64g=6.4g。

考点：考查化学平衡的计算、化学平衡常数、电解原理、电极反应式的书写等知识。