Question

能源短缺是人类社会面临的重大问题。甲醇是一种可再生能源，具有广泛的开犮和应用前景。工业上通过媒的气化生成的CO和H₂合成甲醇，反应原理为：CO(g)＋2H₂(g) CH₃OH(g)

(1)在一容积可变的密闭容器中充有10 mol CO和20mol H₂，在催化剂作用下发生反应生成甲醇。CO的平衡转化率(a)与温度(T)、压强(p)的关系如图1所示。

①合成甲醇的反应为_____(填“放热”或“吸热”)反应。判断理由是_________。平衡常数K_A_____K_C(填“>”、“<”或“=”)。

②下列有关该反应的说法正确的是_____(填字母序号)。

A.当v(CO)_生成=2v_消耗(H₂) 时该反应达到平衡状态

B.其它条件不变，只改变CO和H₂的投料量，该反应的焓变发生改变

C.在反应过程中混合气体的密度和相对平均分子质量均不发生变化

D.使用催化剂可以减小反应的活化能

(2)下列措施可以提高甲醇产率的是________。

A.压缩容器体积

B.恒容条件下充入He，使体系总压强增大

C.将CH₃OH (g)从体系中分离

D.恒压条件下再充入10mol CO和20mol H₂

(3)甲醇一一空气燃料电池装置如图2所示。

①该电池甲电极的电极反应式为_________。

②若用此甲醇燃料电池电解200mL —定浓度NaCl与CuSO₄的混合溶液（电极为惰性电极，不参与反应），电极产生气体体积（标况下）与电解时间的关系图如图3所示，此溶液中硫酸铜的浓度为______mol/L。

Answer

放热 从图1可以看出，在压强不变的情况下，随温度T的升高，CO 转化率减低，说明平衡逆向移动，则正向为放热反应 > BD AC CH3OH +H2O-6e-=CO2+6H+ 0.1

【解析】(1)①由图可知，随温度升高CO的转化率减小，说明升高温度平衡向逆反应方向移动，正反应为放热反应；对于上述反应温度升高平衡向逆反应方向移动，平衡常数减小，所以A、C二点的平衡常数KA＞KC；

②A.v(CO)生成与v消耗(H2) 均为逆反应速率，无法判断是平衡状态，故A错误；B.该反应的焓变与反应物的用量有关，故B正确；C.在反应过程中体积和混合气体的质量始终不变，但混合气体的总物质的量改变，则混合气体的密度不变，相对平均分子质量改变，故C错误；D.使用催化剂可以减小反应的活化能，加快反应速率，故D正确；答案为BD；

(2)A.压缩容器体积，平衡正向移动，可以提高甲醇产率，故A正确；B.恒容条件下充入He，使体系总压强增大，但平衡不移动，不可以提高甲醇产率，故B错误；C.将CH3OH (g)从体系中分离，促进平衡正向移动，可以提高甲醇产率，故C正确；D.恒压条件下再充入10molCO和200mol H2，相当于两个平衡状态相加，平衡不移动，可以增加甲醇的产量，但不可以提高甲醇产率，故D错误；答案为AC。

(3)①燃料电池工作时质子(H+)向正极移动，则甲电极为负极，甲醇发生氧化反应，其电极反应式为CH3OH +H2O-6e-=CO2+6H+；

②结合图可知，电解200mL一定浓度的NaCl与CuSO4混合溶液，阳极发生2Cl--2e-=Cl2↑、4OH--4e-=O2↑+2H2O，阴极发生Cu2++2e-=Cu、2H++2e-=H2↑，所以阳极上先产生气体，曲线Ⅱ表示阳极产生气体的变化；Ⅰ为阴极气体体积与时间的关系，Ⅱ为阳极气体体积与时间的关系由图可知，产生氯气为224mL，由t2时生成氧气为112mL，n(O2)= =0.005mol，则共转移电子为0.02mol+0.005mol×4=0.04mol，根据电子守恒及Cu2++2e-=Cu可知，n(CuSO4)= =0.02mol，所以c(CuSO4)= =0.1mol/L。

点睛：电解池的计算关健是对图象的解读，刚开始时阴极Cu2+得电子，无气体放出，Cu2+反应完溶液中的H+放电，Ⅰ是H2，阳极先是溶液中的Cl-放电，反应完后溶液中的OH-放电，电解200mL一定浓度的NaCl与CuSO4混合溶液，阳极发生2Cl--2e-=Cl2↑、4OH--4e-=O2↑+2H2O，阴极发生Cu2++2e-=Cu、2H++2e-=H2↑，结合图可知，Ⅰ为阴极气体体积与时间的关系，Ⅱ为阳极气体体积与时间的关系，计算时抓住电子守恒。