Question

甲醇是重要的化工原料，也是一种优质的燃料。

Ⅰ.甲醇脱氢制取甲醛的原理为CH₃OH(g)HCHO(g) +H₂(g)。某科研小组在2 L密闭容器中充入1 mol CH₃OH，对该反应进行了一系列的研究，得到甲醇的平衡转化率随温度的变化曲线如图所示。

（1）下列选项中，能说明该反应达到平衡状态的是__________；

a．v(CH₃OH) =v(HCHO)                b．H₂的体积分数不再变化

c．甲醛的质量分数不再改变            d．混合气体密度不变

（2）在t₁时，该反应的平衡常数为K=________________，此温度下，从反应开始到平衡所经过的时间为5 s，则v(HCHO)为_______mol/(L·min)。向此容器中再通入1.1 mol CH₃OH和1.1 mol H₂，则平衡向_________（填“正反应”或“逆反应”）方向移动；

（3）600 K时，Y点甲醇的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）则在铜作催化剂时：2CH₃OH(g)+O₂(g)=2HCHO(g)+2H₂O(g) ΔH₃=______kJ/mol（用含a，b的代数式表示）；

Ⅲ.如图所示是以NaOH溶液为电解质溶液的甲醇燃料电池：

（5）a极电极反应式为__________________________，若隔膜为阴离子交换膜，则电池工作一段后，电池负极区溶液中n(OH^－)_____（填“增大”、“减小”或“不变”）。

Answer

bc 4.05mol/L 5.4 正反应 < Y点甲醇的转化率大于X点，反应向逆反应方向进行 －(2a+b) CH3OH+8OH－－6e－=CO32－+6H2O 减小

【解析】Ⅰ.（1）a．没有指明正、逆速率，若均为正反应反应速率，二者反应速率始终相等，故a错误；b．随反应进行氢气的浓度增大，当H2的浓度不再变化时，说明到达平衡，故b正确；c．甲醛的质量分数不再改变，说明到达平衡，故c正确；d．混合气体总质量不变，容器体积不变，混合气体的密度始终不变，不能说明到达平衡，故d错误，故答案为bc；

（2）由图可知，t1K时甲醇的转化率为0.9，则参加反应甲醇的物质的量为0.9mol，容器体积为1L，则甲醇的起始浓度为1mol/L，浓度变化量为0.9mol/L，则：
       CH3OH（g）HCHO（g）+H2（g）
开始（mol）：1       0      0
转化（mol）：0.9      0.9      0.9
平衡（mol）：0.1      0.9      0.9
故T1K时，平衡常数K===4.05，此温度下，从反应开始到平衡所经过的时间为5s，则v（HCHO）==5.4mol/(L·min)，达到平衡后若再向此容器中再通入1.1molCH3OH和1.1molH2，此时的浓度商Qc==0.083＜K=4.05，平衡向正反应方向进行；

（3）由图可知，Y点的转化率高于相同温度下平衡点X的转化率，故Y点反应向逆反应方向移动，则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；根据盖斯定律由①×2+②可得2CH3OH(g)+O2(g)=2HCHO(g)+2H2O(g)，则ΔH3=ΔH1×2+ΔH2=－(2a+b)kJ/mol；

Ⅲ.（5）燃料电池通氧气的极为正极，则b为正极，a为负极，负极上甲醇失电子发生氧化反应，在NaOH为电解质溶液时产物为CO32-，则a极电极反应式为CH3OH+8OH－－6e－=CO32－+6H2O；若隔膜为阴离子交换膜，b极室OH-透过阴离子交换膜进入a极室，但每转移6mol电子，只能转移6molOH-，而a极室要消耗8molOH-，故电池工作一段后，电池负极区溶液中n(OH－)减小。