Question

甲醇可作為燃料電池的原料．通過下列反應(yīng)可以制備甲醇：CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）△H=-90.8kJ?mol^-1
在一容積可變的密閉容器中充入10mol CO 和20mol H₂，CO的平衡轉(zhuǎn)化率隨溫度（T）、壓強(qiáng)（P）的變化如圖1所示，當(dāng)達(dá)到平衡狀態(tài)A 時，容器的體積為20L．

（1）T₁℃反應(yīng)的平衡常數(shù)為

 

．
（2）圖中P₁

 

 P₂（填“＞”、“＜”或“=”）．
（3）如反應(yīng)開始時仍充入10mol CO和20mol H₂，則在平衡狀態(tài)B時容器的體積V（B）=

 

L．
（4）關(guān)于反應(yīng)CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）在化學(xué)平衡狀態(tài)時的描述正確的是

 

（填字母，下同）．
A．CO的含量保持不變           B．容器中CH₃OH濃度與CO濃度相等
C．2v_正（CH₃OH）=v_正（H₂）     D．容器中混合氣體的平均相對分子質(zhì)量保持不變
（5）CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g），按照相同的物質(zhì)的量投料，測得CO在不同溫度下的平衡轉(zhuǎn)化率與壓強(qiáng)的關(guān)系如圖2所示．下列說法正確的是

 

．
A．溫度：T₁＜T₂＜T₃
B．正反應(yīng)速率：v（a）＞ν（c）； v（b）＞v（d）
C．平衡常數(shù)：K（a）=K（c）； K（b）＞K（d）
D．平均摩爾質(zhì)量：M（a）＜M（c）； M（b）＞M（d）
（6）已知CO₂（g）+H₂（g）?CO（g）+H₂O（g）△H=+41.3kJ?mol^-1，試寫出由CO₂和H₂制取甲醇的熱化學(xué)方程式

 

．
（7）以甲醇、CO₂、空氣、熔融鹽K₂CO₃組成燃料電池，寫出該電池負(fù)極的電極反應(yīng)式：

 

．

Answer 1

分析：（1）T₁℃利用A點(diǎn)時CO的轉(zhuǎn)化率，結(jié)合化學(xué)平衡常數(shù)表達(dá)式，計(jì)算化學(xué)平衡常數(shù)；
（2）正反應(yīng)方向?yàn)闅怏w體積減小的方向，T₁℃時比較CO的轉(zhuǎn)化率，轉(zhuǎn)化率越大，則壓強(qiáng)越大；
（3）A、B反應(yīng)溫度相等，則平衡常數(shù)相等，利用平衡常數(shù)計(jì)算；
（4）平衡標(biāo)志是正逆反應(yīng)速率相同，各成分濃度保持不變分析判斷選項(xiàng)；
（5）A．該反應(yīng)為放熱反應(yīng)，溫度越低，CO的轉(zhuǎn)化率越大；
B．由圖可知，a、c兩點(diǎn)壓強(qiáng)相同，平衡時a點(diǎn)CO轉(zhuǎn)化率更高，該反應(yīng)為放熱反應(yīng)，溫度越低，CO的轉(zhuǎn)化率越大，故溫度T₁＜T₃，溫度越高，反應(yīng)速率越快；b、d兩點(diǎn)壓強(qiáng)相同，溫度越高，反應(yīng)速率越大；
C．由圖可知，a、c兩點(diǎn)壓強(qiáng)相同，平衡時a點(diǎn)CO轉(zhuǎn)化率更高，該反應(yīng)為放熱反應(yīng)，故溫度T₁＜T₃，降低溫度平衡向正反應(yīng)方向移動，K值增大．平衡常數(shù)只與溫度有關(guān)，b、d兩點(diǎn)溫度相同，平衡常數(shù)相同；
D．CO轉(zhuǎn)化率的越大，n_總越小，由M=

m

n

，判斷；
（6）利用蓋斯定律，消去兩個熱化學(xué)方程式中的CO，可得到答案；
（7）該燃料電池負(fù)極發(fā)生氧化反應(yīng)，則1molCH₃OH失去電子，轉(zhuǎn)化為CO₂，共失去6mole^-，電解質(zhì)溶液中含有CO₃^2-，得到電極反應(yīng)式．

解答：解：（1）T₁℃利用A點(diǎn)時CO的轉(zhuǎn)化率為50%，則CO轉(zhuǎn)化的物質(zhì)的量濃度為：

10mol

20L

×50%=0.25mol/L，H₂、CH₃OH轉(zhuǎn)化的物質(zhì)的量濃度分別為：0.5mol/L、0.25mol/L，平衡時，CO、H₂、CH₃OH濃度分別為：0.25mol/L、

20mol

20L

-0.5mol/L=0.5mol/L、0.25mol/L，K=

0.25mol/L

0.25mol/L×(0.5mol/L)2

=4 L²?mol^-2，故答案為：4 L²?mol^-2；
（2）正反應(yīng)方向?yàn)闅怏w體積減小的方向，T₁℃時比較CO的轉(zhuǎn)化率，轉(zhuǎn)化率越大，則壓強(qiáng)越大，圖象中P₂轉(zhuǎn)化率大于P₁，可知P₁＜P₂，故答案為：＜；
（3）A、B兩容器溫度相同，即化學(xué)平衡常數(shù)相等，且B點(diǎn)時CO的轉(zhuǎn)化率為0.8，
則            CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）
起始（mol）：10     20         0
轉(zhuǎn)化（mol）：8      16         8
平衡（mol）：2       4         8
設(shè)體積為VL，則有K=

8 V

2 V ?( 4 V )2

=4，V=4L，
故答案為：4；
（4）CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g），
A．CO的含量保持不變，說明反應(yīng)達(dá)到平衡，故A正確；
B．容器中CH₃OH濃度與CO濃度相等，與消耗量和起始量有關(guān)反應(yīng)不一定達(dá)到平衡，故B錯誤；
C．反應(yīng)速率之比等于化學(xué)方程式系數(shù)之比是正反應(yīng)速率之比，2V_正（CH₃OH）=V_正（H₂），若2V_正（CH₃OH）=V_逆（H₂）說明V_正（H₂）=V_逆（H₂）說明反應(yīng)達(dá)到平衡，故C正確；
D．混合氣體質(zhì)量不變，反應(yīng)前后體積不同，反應(yīng)過程中密度變化，容器中混合氣體的密度保持不變說明反應(yīng)達(dá)到平衡，故D正確；
故答案為：ACD；   
（5）A．該反應(yīng)為放熱反應(yīng)，溫度越低，CO的轉(zhuǎn)化率越大，則T₁＜T₂＜T₃，故A正確；
B．由圖可知，a、c兩點(diǎn)壓強(qiáng)相同，平衡時a點(diǎn)CO轉(zhuǎn)化率更高，該反應(yīng)為放熱反應(yīng)，溫度越低，CO的轉(zhuǎn)化率越大，故溫度T₁＜T₃，溫度越高，反應(yīng)速率越快，故υ（a）＜υ（c）．b、d兩點(diǎn)溫度相同，壓強(qiáng)越大，反應(yīng)速率越大，b點(diǎn)大于d點(diǎn)壓強(qiáng)，則v（b）＞v（d），故B錯誤；
C．由圖可知，a、c兩點(diǎn)壓強(qiáng)相同，平衡時a點(diǎn)CO轉(zhuǎn)化率更高，該反應(yīng)為放熱反應(yīng)，故溫度T₁＜T₃，降低溫度平衡向正反應(yīng)方向移動，則K（a）＞K（c），平衡常數(shù)只與溫度有關(guān)，b、d兩點(diǎn)溫度相同，平衡常數(shù)相同，則K（b）=K（d），故C錯誤；
D．CO轉(zhuǎn)化率的越大，n_總越小，由M=

m

n

，可知，a點(diǎn)n_總小，則M（a）＞M（c），M（b）＞M（d），故D錯誤；
故選A；
（6）利用蓋斯定律，消去兩個熱化學(xué)方程式中的CO，可得到答案，寫出熱化學(xué)方程式為：CO₂（g）+3H₂（g）=CH₃OH（g）+H₂O（g）△H=-49.5 kJ?mol^-1，
故答案為：CO₂（g）+3H₂（g）=CH₃OH（g）+H₂O（g）△H=-49.5 kJ?mol^-1；
（7）該燃料電池負(fù)極發(fā)生氧化反應(yīng)，則甲醇失去電子，用電解質(zhì)溶液中的CO₃^2-，得到電極反應(yīng)式：CH₃OH-6e^-+3CO₃^2-=4CO₂+2H₂O，故答案為：CH₃OH-6e^-+3CO₃^2-=4CO₂+2H₂O．

點(diǎn)評：本題考查蓋斯定律，圖象分析以及三段式計(jì)算的應(yīng)用等，考查范圍廣，難度中等，對于化學(xué)平衡狀態(tài)的判斷和電極反應(yīng)式是高考的熱點(diǎn)，能夠熟練應(yīng)用．