Question

4．甲醇是一種理想的液體燃料，工業(yè)上可利用CO與H₂反應(yīng)合成甲醇，即CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（l），該反應(yīng)是放熱反應(yīng)．若在體積為2L的密閉容器中加入4molH₂和一定量的CO后，CO和CH₃OH（g）的濃度隨時間的變化情況如圖1所示．

（1）該反應(yīng)在0～3min內(nèi)用H₂表示的反應(yīng)速率為0.5mol/（L•min）．
（2）該反應(yīng)進(jìn)行10min后，在其他條件不變時，只降低體系的溫度，則該反應(yīng)的逆反應(yīng)速率將減小（填“增大”、“不變”或“減小”）．
（3）該反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)的標(biāo)志是b
a．混合氣體的密度不變            b．H₂的生成速率是CH₃OH（g）生成速率的2倍
c．CO是CH₃OH（g）濃度的$\frac{1}{3}$  d．CO、H₂和CH₃OH（g）的分子數(shù)之比為1：2：1
（4）甲醇-空氣電池是一種高效、低污染的質(zhì)子交換膜燃料電池，電池總反應(yīng)為CH₃OH+3O₂=2CO₂+4H₂O．圖2為該電池的示意圖，則該裝置中d（填“c”或“d”）為電池的正極．

Answer 1

分析 （1）依據(jù)圖象分析計算甲醇的反應(yīng)速率，結(jié)合反應(yīng)速率之比等于化學(xué)方程式計量數(shù)之比計算得到氫氣表示的反應(yīng)速率；
（2）降低反應(yīng)的溫度，反應(yīng)速率減小；
（3）化學(xué)平衡的標(biāo)志是正逆反應(yīng)速率相同，各組分含量保持不變，及其衍生的物理量的變化分析判斷；
（4）原電池中電子從負(fù)極經(jīng)外電路流向正極，負(fù)極發(fā)生氧化反應(yīng)，正極發(fā)生還原反應(yīng)．

解答 解：（1）甲醇的反應(yīng)速率v（CH₃OH）=$\frac{0.75mol/L}{3min}$=0.25mol/L•min，結(jié)合反應(yīng)速率之比等于化學(xué)方程式計量數(shù)之比計算得到氫氣表示的反應(yīng)速率v（H₂）=2v（CH₃OH）=0.5mol/（L•min），
故答案為：0.5mol/（L•min）；
（2）該反應(yīng)進(jìn)行10min后，在其他條件不變時，只降低體系的溫度，則該反應(yīng)的逆反應(yīng)速率減小，故答案為：減小；
（3）CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（l），該反應(yīng)是氣體體積減小的放熱反應(yīng)，
a．混合氣體的密度始終不變，不能說明反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)，故a錯誤；            
b．H₂的生成速率是CH₃OH（g）生成速率的2倍，證明正逆反應(yīng)速率相同，說明反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)，故b正確；
c．CO是CH₃OH（g）濃度的$\frac{1}{3}$ 和起始量平衡量有關(guān)，不能說明正逆反應(yīng)速率相同，故c錯誤；
d．CO、H₂和CH₃OH（g）的分子數(shù)之比為1：2：1和起始量、消耗量、平衡量有關(guān)不能說明反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)，故d錯誤；
故答案為：b；
（4）原電池中電子從負(fù)極經(jīng)外電路流向正極，根據(jù)電子流向可知c電極為負(fù)極，d電極為正極，甲醇在負(fù)極上發(fā)生氧化反應(yīng)，電極反應(yīng)式為CH₃OH-6e^-+H₂O=CO₂+6H⁺，正極電極反應(yīng)為O₂+4H⁺+4e^-=2H₂O，
故答案為：d．

點評 本題考查了圖象分析，化學(xué)平衡影響因素的判斷，原電池電極名稱的分析，主要是反應(yīng)速率概念計算和平衡標(biāo)志的理解應(yīng)用，掌握基礎(chǔ)是解題關(guān)鍵，題目難度中等．