Question

【題目】（1）隨著人類對溫室效應和資源短缺等問題的重視，如何降低大氣中CO2的含量及有效地開發利用CO2，引起了各國的普遍關注， 目前工業上有一種方法是用CO2來生產燃料甲醇。為探究反應原理，現進行如下實驗：在體積為1 L的密閉容器中，充入1mol CO2和3mol H2，一定條件下發生反應：CO2（g）＋3H2（g）CH3OH（g）＋H2O（g） △H＝－49．0kJ/mol

測得CO2和CH3OH（g）的濃度隨時間變化如圖所示。

平衡時H2的轉化率為 ___________ 。

反應進行到3 min時，同種物質的v正 與v逆的關系: v正 v逆（填＞，＝，＜）

③ 上述反應平衡常數的表達式為 ，經計算該溫度下此反應平衡常數的數值為 。

（2）如圖裝置，A、B中電極為多孔的惰性電極；C、D為夾在濕的Na2SO4濾紙條上的鉑夾；電源有a、b兩極。若在A、B中充滿KOH溶液后倒立于KOH溶液的水槽中，切斷K1，閉合K2、K3，通直流電，一段時間后試管中產生氣體，如圖所示，據此分析：

B試管中的氣體是_____（填名稱或分子式）；a為電源________（正或負）極。

寫出電解時A極的電極反應式： __________________。

③若電解一段時間，A、B中均有氣體包圍電極。此時切斷K2、K3，閉合K1。電流表的指針偏轉，則此時B極電極反應式為_________________。

（3）甲烷燃料電池可以提升能量利用率．如圖所示是利用甲烷燃料電池電解50ml2mol/L的氯化銅溶液的裝置示意圖：

請回答：

甲烷燃料電池的負極反應式是： ．

當A中消耗0.05mol氧氣時，B中 極（填“a”或“b”）增重 g．

Answer 1

【答案】（1）①75%②＞；③K＝[c(CH3OH)×c(H2O)]/[c(CO2)×c3(H2)]；16/3 ；（2）①氫氣或H2 ，負；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】

試題分析：（1）達到平衡時，消耗c(H2)=3×0.75mol·L－1=2.25mol·L－1，則氫氣的轉化率為2.25/3×100%=75%；②3min沒有達到平衡，反應向正反應方向進行，即v正>v逆；③根據化學平衡常數的定義，K=[c(CH3OH)×c(H2O)]/[c(CO2)×c3(H2)]；達到平衡時，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，代入表達式，K = 16/3；

（2）電解KOH溶液實際上電解H2O，2H2O2H2↑＋O2↑，B中氣體體積大于A，因此試管B中氣體為H2，試管B中電極接a，產生氫氣的電極為陰極，即a為負極，b為正極；②試管A中氣體為氧氣，其電極反應式為2H2O－4e－=O2↑＋4H＋；③切斷K2、K3，閉合K1，構成氫氧燃料電池，氫氣一極為負極，氧氣一極為正極，即A為負極，電極反應式為：H2＋2OH－－2e－=2H2O；（3）①甲烷燃料電池，通甲烷的一極為負極，因此電極反應式為：CH4＋10OH－－8e－=CO32－＋7H2O；②a接電源的正極，a作陽極，其電極反應式：2Cl－－2e－=Cl2↑，b接電源的負極，b作陰極，其電極反應式：Cu2+＋2e－=Cu，因此B中b極質量增重，O2＋2H2O＋4e－=4OH－，通過電子守恒，O2～4e－ ～2Cu，m(Cu)=0.05×2×64g=6.4g。