Question

13．CO、H₂、CH₃0H 均是清潔能源，一定條件下存在如下轉化：CO（g）+2H₂（g）?CH₃0H（g）△H=-105 kJ•mol^-1．向2L密閉容器中充入1mol CO 與2mol H₂，測得不同溫度下容器內的壓強（P：kPa）隨時間（min）的變化關系如圖1中 I、Ⅱ、Ⅲ曲線所示：

（1）Ⅱ和 I 相比，改變的反應條件是加入催化劑，Ⅲ與I相比，溫度較高的是I
（2）Ⅱ在 2 min 時達到平衡，則在此條件下從反應開始到反應達到平衡時 v（CO）0.125mol/（L•min），反應Ⅰ平衡時平衡常數 K（I）=4，平衡常數 K（I）ⅢK（Ⅲ）（填“＞”、“＜”、“=”）．
（3）下列事實中能說明容器中的反應已達到平衡狀態(tài)的是c．
a．△H 保持不變 b．氣體密度保持不變 c．氣體平均摩爾質量保持不變 d．v（CO）_逆=2v（H₂）_正
（4）甲醇一空氣-KOH 燃料電池 （圖2）是一種能量轉化率高的新型電池，則b是正（填 正、負）極．

Answer 1

分析 （1）Ⅱ反應速率較大，與I達到相同平衡狀態(tài)，CO（g）+2H₂（g）?CH₃0H（g）△H=-105 kJ•mol^-1的正反應放熱，升高溫度平衡逆向移動；
（2）Ⅱ在 2 min 時達到平衡，壓強為開始的一半，則轉化率為50%，計算平衡濃度，可計算反應Ⅰ平衡時平衡常數 K；結合溫度對平衡移動的影響比較平衡常數；
（3）在一定條件下，當化學反應達到平衡狀態(tài)時，正逆反應速率相等，各物質的濃度不變，由此衍生的一些物理性也不變，注意該反應中，反應前后氣體的化學計量數之和不相等，壓強可作為判斷的依據；
（4）由電子轉移的方向可知a為負極、b為正極．

解答 解：（1）Ⅱ反應速率較大，與I達到相同平衡狀態(tài)，則應為加入催化劑，CO（g）+2H₂（g）?CH₃0H（g）△H=-105 kJ•mol^-1的正反應放熱，升高溫度平衡逆向移動，壓強增大，則I溫度較高，故答案為：加入催化劑；I；
（2）Ⅱ在 2 min 時達到平衡，壓強為開始的一半，則轉化率為50%，v（CO）=$\frac{\frac{0.5mol}{2L}}{2min}$=0.125mol/（L•min），
反應Ⅰ平衡時，c（CO）=$\frac{0.5mol}{2L}$=0.25mol/L，c（H₂）=$\frac{1mol}{2L}$=0.5mol/L，c（CH₃0H）=0.25mol/L，
則K=$\frac{0.25}{0.25×0．{5}^{2}}$=4，
Ⅰ溫度較高，升高溫度，平衡逆向移動，則K較小，說明Ⅲ的平衡常數較大，
故答案為：0.125mol/（L•min）；4；Ⅲ；
（3）a．無論是否平衡，△H 都保持不變，故a錯誤；
b．氣體質量不變，體積不變，則氣體密度保持不變，不能判斷是否達到平衡，故b錯誤；
c．氣體的質量不變，反應前后氣體的總物質的量不等，當氣體平均摩爾質量保持不變，可說明達到平衡狀態(tài)，故c正確；
d．v（CO）_逆=2v（H₂）_正，正逆反應速率不等，沒有達到平衡狀態(tài)，故d錯誤，
故答案為：c；
（4）由電子轉移的方向可知a為負極、b為正極，故答案為：正．

點評 本題考查較為綜合，為高考常見題型，綜合考查學生的分析、計算能力，題量較大，答題時注意平衡常數的意義以及計算方法，把握平衡狀態(tài)的判斷方法，注意原電池的工作原理，難度中等．