Question

甲醇用途日益广泛，越来越引起商家的关注，工业上甲醇的合成途径多种多样。一定条件下，在体积为的密闭容器中，充入和，发生反应：，测得的物质的量随时间变化如表所示，该反应的能量变化如图所示：

	0	2	5	10	15
	2	0.75	0.5	0.25	0.25

(1)该反应为_____(填放热或吸热)反应。

(2)从反应开始到5min末，用氢气浓度变化表示的平均反应速率v(H₂)=___，容器内平衡时与起始时的压强之比为____。

(3)在相同温度容积不变的条件下，能说明该反应已达平衡状态的是____(填写序号字母)。

a.容器内的平均相对分子质量保持不变                b.容器内压强保持不变

c.的消耗速率与的生成速率之比为3:1     d.的比值保持不变

(4)将设计成燃料电池，其利用率更高，装置如图所示(A、B为多孔碳棒)。实验测得电池工作时OHˉ向B电极定向移动，则_____(填“A”或“B”)处电极入口通甲醇，当电路中通过电子时，理论上消耗质量为_____克。

(5)下列化学电池不易造成环境污染的是____(填字母)。

A.甲醇氧气燃料电池    B.锌锰电池    C.镍镉电池    D.铅蓄电池

铅蓄电池是最常见的二次电池，放电时的化学方程式为：。该蓄电池放电时，正极电极反应方程式为__________。

Answer

放热 0.45mol/(L·min) 13:20 abd B 16 A

【解析】

(1)据图可知该反应的反应物能量高于生成物，所以为放热反应；

(2)从反应开始到5min末，△n(CO2)=2mol-0.5mol=1.5mol，根据反应方程式可知相同时间内△n(H2)=4.5mol，容器体积为2L，所以v(H2)==0.45mol/(L·min)；

根据表格数据可知10min后CO2的物质的量不再改变，说明反应达到平衡，此时△n(CO2)=2mol-0.25mol=1.75mol，根据方程式可知△n(H2)=5.25mol，△n(CH3OH)=△n(H2O)=1.75mol，则平衡时容器内n(CO2)、n(H2)、n(CH3OH)、n(H2O)分别为0.25mol、(8-5.25)mol=2.75mol、1.75mol、1.75mol，所以气体总物质的量为(0.25+2.75+1.75+1.75)mol=6.5mol，恒容密闭容器中气体的压强之比等于物质的量之比，所以容器内平衡时与起始时的压强之比为6.5mol：(2+8)mol=13:20；

(3)a．该反应前后气体的系数之和不相等，所以未平衡时气体的总物质的量会变，而气体总质量不变，所以气体的平均相对分子质量会变，当其不变时说明反应平衡，故a正确；

b．未平衡时气体的总物质的量会变，容器体积不变，所以容器内压强会变，当压强不变时说明反应平衡，故b正确；

c．消耗氢气和生成甲醇均为正反应，只有反应进行就满足H2的消耗速率与CH3OH的生成速率之比为3:1，不能说明反应平衡，故c错误；

d．初始投料n(CO2)：n(H2)=1:4，反应过程中△n(CO2)：△n(H2)=1:3，所以反应过程中n(CO2)：n(H2)为变值，当该值不变时说明反应平衡，故d正确；

综上所述答案为abd；

(4)原电池中阴离子流向负极，OHˉ向B电极移动，则B为负极，A为正极；甲醇燃料电池中甲醇被氧化作负极，所以从B处电极入口处通甲醇，该电池工作时CH3OH被氧化生成CO，C元素化合价升高6价，所以每消耗1molCH3OH转移6mol电子，转移3mol电子时消耗0.5molCH3OH，质量为0.5mol×32g/mol=16g；

(5)锌锰电池、镉镍电池、铅蓄电池都含有重金属元素对环境造成污染，而甲醇氧气燃料电池产物只有水和二氧化碳，所以不易造成环境污染的是A；

原电池中正极得电子发生还原反应，根据总反应可知正极的电极反应为。