Question

10．甲醇是一種優(yōu)質燃料，可制作燃料電池．
（1）為探究用CO₂來生產燃料甲醇的反應原理，現進行如下實驗：在體積為1L的密閉容器中，充入1mol CO₂和3mol H₂，一定條件下發(fā)生反應：
CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）△H=-49.0kJ•mol^-1T₁溫度下，測得CO₂和CH₃OH（g）的濃度隨時間變化如圖．
請回答：
①從反應開始到平衡，氫氣的反應速率v（H₂）=0.225mol•L^-1•min^-1．
②能夠說明該反應已達到平衡的是A（填字母序號，下同）．
A．恒溫、恒容時，容器內的壓強不再變化
B．恒溫、恒容時，容器內混合氣體的密度不再變化
C．一定條件下，CO₂、和CH₃OH的濃度相等
D．一定條件下，單位時間內消耗3mol H₂的同時生成1mol CH₃OH
③下列措施中能使平衡混合物中$\frac{n（C{H}_{3}OH）}{n（C{O}_{2}）}$增大的是D．
A．加入催化劑        B．充入He（g），使體系壓強增大
C．升高溫度          D．將H₂O（g）從體系中分離
④求此溫度（T₁）下該反應的平衡常數K₁=5.33（計算結果保留三位有效數字）．
⑤另在溫度（T₂）條件下測得平衡常數K₂，已知T₂＞T₁，則K₂＜K₁（填“＞”、“=”或“＜”）．
（2）已知在常溫常壓下：
①2CH₃OH（l）+3O₂（g）═2CO₂（g）+4H₂O（g）△H₁
②2CO（g）+O₂（g）═2CO₂（g）△H₂
則1mol甲醇不完全燃燒生成一氧化碳和氣態(tài)水時反應的△H=$\frac{△{H}_{1}-△{H}_{2}}{2}$（用含△H₁、△H₂的式子表示）．
（3）用甲醇在熔融的碳酸鹽中也可制作成燃料電池，該燃料電池的正極通入的物質是O₂、CO₂（填化學式）

Answer 1

分析 （1）①由圖可知，10min到達平衡，平衡時甲醇的濃度變化為0.75mol/L，由方程式可知氫氣的濃度變化等于甲醇的濃度變化量3倍為2.25mol/L，結合v=$\frac{△c}{△t}$計算；
②可逆反應達到平衡狀態(tài)時，正逆反應速率相等（同種物質）或正逆反應速率之比等于系數之比（不同物質），平衡時各種物質的物質的量、濃度等不再發(fā)生變化，由此衍生的一些物理量不變；
③使平衡混合物中$\frac{n（C{H}_{3}OH）}{n（C{O}_{2}）}$增大應使平衡向正反應方向移動；
④K為生成物濃度冪之積與反應物濃度冪之積的比，結合平衡濃度計算；
⑤該反應為放熱反應，升高溫度，平衡逆向移動；
（2）由蓋斯定律可知，①-②得到2CH₃OH（l）+2O₂（g）═2CO（g）+4H₂O（g）；
（3）用甲醇在熔融的碳酸鹽中也可制作成燃料電池，負極上甲醇失去電子，正極上氧氣得到電子，且生成碳酸根離子．

解答 解：：（1）①由圖可知，10min到達平衡，平衡時甲醇的濃度變化為0.75mol/L，由方程式CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O可知，氫氣的濃度變化等于甲醇的濃度變化量為0.75mol/L×3=2.25mol/L，氫氣的反應速率v（H₂）=$\frac{2.25mol/L}{10min}$=0.225 mol•L^-1•min^-1，
故答案為：0.225 mol•L^-1•min^-1；
②A．反應前后氣體的體積不等，所以壓強一直在變，則當壓強不變時能說明達到平衡，故A正確；
B．反應前后質量不變，體積也不變，所以密度一直不變，則混合氣體的密度不再變化不能說明達到平衡，故B錯誤；
C．CO₂、CH₃OH的濃度相等，不能判斷是否達到平衡，與轉化率、起始量有關，故C錯誤；
D．單位時間內消耗3molH₂的同時生成1molCH₃OH，都是指正反應方向，不能說明達到平衡，故D錯誤；
故答案為：A；
③要使$\frac{n（C{H}_{3}OH）}{n（C{O}_{2}）}$增大，應使平衡向正反應方向移動，
A．加入催化劑，平衡不移動，$\frac{n（C{H}_{3}OH）}{n（C{O}_{2}）}$不變，故A錯誤；
B．充入He（g），使體系壓強增大，但對反應物質來說，濃度沒有變化，平衡不移動，$\frac{n（C{H}_{3}OH）}{n（C{O}_{2}）}$不變，故B錯誤；
C．因正反應放熱，升高溫度平衡向逆反應方向移動，則$\frac{n（C{H}_{3}OH）}{n（C{O}_{2}）}$減小，故C錯誤；
D．將H₂O（g）從體系中分離，平衡向正反應方法移動，$\frac{n（C{H}_{3}OH）}{n（C{O}_{2}）}$增大，故D正確；
故答案為：D；
④K為生成物濃度冪之積與反應物濃度冪之積的比，則K=$\frac{c（C{H}_{3}OH）×c（{H}_{2}O）}{c（C{O}_{2}）×{c}^{3}（{H}_{2}）}$，
        CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）
開始 1                3                  0               
轉化  0.75           2.25            0.75            0.75
平衡  0.25          0.75             0.75            0.75
體積為1L的密閉容器，平衡濃度分別為0.25mol/L、0.75mol/L、0.75mol/L、0.75mol/L，
K=$\frac{0.75×0.75}{0.25×（0.75）^{3}}$=5.33，
故答案為：5.33；
⑤該反應為放熱反應，升高溫度，平衡逆向移動，T₂＞T₁，則K₂＜K₁，故答案為：＜；
（2）①2CH₃OH（l）+3O₂（g）═2CO₂（g）+4H₂O（g）△H₁
②2CO（g）+O₂（g）═2CO₂（g）△H₂
由蓋斯定律可知，①-②得到2CH₃OH（l）+2O₂（g）═2CO（g）+4H₂O（g），
則1mol甲醇不完全燃燒生成一氧化碳和氣態(tài)水時反應的△H=$\frac{△{H}_{1}-△{H}_{2}}{2}$，
故答案為：$\frac{△{H}_{1}-△{H}_{2}}{2}$；
（3）用甲醇在熔融的碳酸鹽中也可制作成燃料電池，負極上甲醇失去電子，正極上氧氣得到電子，且生成碳酸根離子，則該燃料電池的正極通入的物質是O₂、CO₂，故答案為：O₂、CO₂．

點評 本題考查物質的量濃度隨時間的變化，為高頻考點，把握圖中物質的量濃度變化、K的計算、平衡判定、焓變計算為解本題關鍵，側重分析與應用能力的考查，綜合性較強，題目難度不大．