Question

12．甲醇（CH₃OH）是重要的溶劑和替代燃料，工業(yè)上用CO和H₂在一定條件下制備CH₃OH的反應(yīng)為CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）△H．
（1）在體積為1L的恒容密閉容器中，充入2molCO和4molH₂，一定條件下發(fā)生上述反應(yīng)，測(cè)得CO（g）和CH₃OH（g）的濃度隨時(shí)間的變化如圖甲所示．

①?gòu)姆磻?yīng)開(kāi)始到5min，用氫氣表示的平均反應(yīng)速率v（H₂）=0.6mol/（L•min）．
②下列說(shuō)法正確的是AB（填序號(hào)）．
A．達(dá)到平衡時(shí)，H₂的轉(zhuǎn)化率為75%
B.5min后容器中壓強(qiáng)不再改變
C．達(dá)到平衡后，再充入氬氣，反應(yīng)速率增大
D.2min前v（正）＞v（逆），2min后v（正）＜v（逆）
（2）某溫度下，在一恒壓容器中分別充入1.2molCO和1molH₂，達(dá)到平衡時(shí)容器體積為2L，且含有0.4molCH₃OH（g），則該反應(yīng)平衡常數(shù)的值為50，此時(shí)向容器中再通入0.35molCO氣體，則此平衡將逆向移動(dòng)（填“正向移動(dòng)”“不移動(dòng)”或“逆向移動(dòng)”）
（3）若壓強(qiáng)、投料比$\frac{x}{n（{H}_{2}）}$對(duì)反應(yīng)的影響如圖乙所示，則圖中曲線所示的壓強(qiáng)關(guān)系：p₁＜p₂（填“=”“＞”或“＜”），其判斷理由是正反應(yīng)體積減小，投料比相同時(shí)，增大壓強(qiáng)平衡正向移動(dòng)，氫氣的量減�。�
（4）甲醇是一種新型的汽車動(dòng)力燃料．已知H₂（g）、CO（g）、CH₃OH（l）的燃燒熱分別為285.8kJ/mol、283.0kJ/mol和726.5kJ/mol，則甲醇不完全燃燒生成一氧化碳和液態(tài)水的熱化學(xué)方程式為CH₃OH（l）+O₂（g）=CO（g）+2H₂O（l）△H=-443.5kJ•mol^-1．
（5）現(xiàn)有容積均為1L的a、b、c三個(gè)密閉容器，往其中分別充入1molCO和2molH₂的混合氣體，控制溫度，進(jìn)行反應(yīng)，測(cè)得相關(guān)數(shù)據(jù)的關(guān)系如圖丙所示．b中甲醇體積分?jǐn)?shù)大于a中的原因是b中溫度高，反應(yīng)速率快，反應(yīng)相同時(shí)間生成的甲醇多，體積分?jǐn)?shù)大．達(dá)到平衡時(shí)，a、b、c中CO的轉(zhuǎn)化率大小關(guān)系為a＞b＞c．
（6）甲醇作為一種燃料還可用于燃料電池．在溫度為650℃的熔融鹽燃料電池中用甲醇、空氣與CO₂的混合氣體作反應(yīng)物，鎳作電極，用Li₂CO₃和Na₂CO₃混合物作電解質(zhì)．該電池的負(fù)極反應(yīng)式為CH₃OH-6e^-+3CO₃^2-=4CO₂↑+2H₂O．

Answer 1

分析 （1）①圖象中計(jì)算一氧化碳和甲醇濃度變化，結(jié)合化學(xué)方程式定量關(guān)系計(jì)算氫氣變化濃度，反應(yīng)速率c=$\frac{△c}{△t}$；
②A．結(jié)合化學(xué)三行計(jì)算列式計(jì)算分析判斷；
B.5min后濃度不變說(shuō)明反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)；
C．恒溫恒容條件下反應(yīng)達(dá)到平衡后，再充入氬氣，總壓增大分壓不變，速率不變；
D.5min前反應(yīng)正向進(jìn)行；
（2）根據(jù)平衡常數(shù)的計(jì)算公式計(jì)算，恒溫恒壓下，體積之比等于物質(zhì)的量之比，據(jù)此計(jì)算加入0.35molCO時(shí)容器的體積，計(jì)算此時(shí)濃度商，與平衡常數(shù)相比判斷反應(yīng)進(jìn)行方向；
（3）正反應(yīng)為氣體體積減小的反應(yīng)，增大壓強(qiáng)，平衡向正反應(yīng)方向移動(dòng)，氫氣的含量降低；
（4）根據(jù)CO和CH₃OH的燃燒熱先書(shū)寫熱方程式，再利用蓋斯定律來(lái)分析甲醇不完全燃燒生成一氧化碳和液態(tài)水的熱化學(xué)方程式；
（5）未到達(dá)平衡前，升高溫度甲醇的含量增大，到達(dá)平衡后再升高溫度，平衡向逆反應(yīng)方向移動(dòng)，甲醇的含量降低，而5min時(shí)，b容器中甲醇的含量不一定最高，不一定是平衡狀態(tài)，達(dá)到平衡時(shí)，a、b、c三個(gè)容器的反應(yīng)溫度不同，a容器溫度最低，c容器的反應(yīng)溫度最高，根據(jù)反應(yīng)放熱可判斷出；
（6）負(fù)極上CH₃OH失電子結(jié)合碳酸根發(fā)生氧化反應(yīng)生成二氧化碳和水．

解答 解：（1）①?gòu)姆磻?yīng)開(kāi)始到5min，圖象中一氧化碳濃度變化=2.0mol/L-0.5mol/L=1.5mol/L，CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g），氫氣濃度變化3mol/L，
用氫氣表示的平均反應(yīng)速率v（H₂）=$\frac{3mol/L}{5min}$=0.6mol/（L•min），
故答案為：0.6mol/（L•min）；
②A．達(dá)到平衡時(shí)，H₂的轉(zhuǎn)化率=$\frac{3mol/L}{4mol/L}$×100%=75%，故A正確；
B.5min后濃度不變說(shuō)明反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)，5min后容器中壓強(qiáng)不再改變，故B正確；
C．恒溫恒容條件下反應(yīng)達(dá)到平衡后，再充入氬氣，總壓增大分壓不變，速率不變，故C錯(cuò)誤；
D.5min前反應(yīng)正向進(jìn)行，2min前后v（正）＞v（逆），故D錯(cuò)誤；
故答案為：AB；
（2）CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）
起始：1.2mol         1mol             0
轉(zhuǎn)化：0.4mol         0.8mol        0.4mol
平衡：0.8mol         0.2mol        0.4mol
所以：k=$\frac{0.2}{0.4×0．{1}^{2}}$=50（mol/L）^-2，
此時(shí)向容器中再通入0.35molCO氣體，假設(shè)平衡不移動(dòng)時(shí)，此時(shí)容器體積為：2L×$\frac{（0.35+0.8+0.2+0.4）mol}{（0.8+0.2+0.4）mol}$=2.5L，則濃度商Qc=$\frac{\frac{0.4}{2.5}}{\frac{1.15}{2.5}×（\frac{0.2}{2.5}）^{2}}$=54.3，大于平衡常數(shù)50，平衡向逆反應(yīng)方向移動(dòng)，
故答案為：50；逆反應(yīng)方向；
（3）由圖可知，壓強(qiáng)P₁時(shí)的百分含量大于壓強(qiáng)P₂的百分含量，由于正反應(yīng)為氣體體積減小的反應(yīng)，正反應(yīng)體積減小，投料比相同時(shí)，增大壓強(qiáng)平衡正向移動(dòng)，氫氣的量減小，故壓強(qiáng)P₁＜P₂，
故答案為：＜；正反應(yīng)體積減小，投料比相同時(shí)，增大壓強(qiáng)平衡正向移動(dòng)，氫氣的量減小；
（4）由CO（g）和CH₃OH（l）的燃燒熱△H分別為-283.0kJ•mol^-1和-726.5kJ•mol^-1，則
①CO（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）=CO₂（g）△H=-283.0kJ•mol^-1
②CH₃OH（l）+$\frac{1}{2}$O₂（g）=CO₂（g）+2 H₂O（l）△H=-726.5kJ•mol^-1
由蓋斯定律可知，②-①得反應(yīng)CH₃OH（l）+O₂（g）=CO（g）+2 H₂O（l），則△H=-726.5kJ•mol^-1-（-283.0kJ•mol^-1）=-443.5kJ•mol^-1，
故答案為：CH₃OH（l）+O₂（g）=CO（g）+2 H₂O（l）△H=-443.5kJ•mol^-1；
（5）未到達(dá)平衡前，升高溫度甲醇的含量增大，到達(dá)平衡后再升高溫度，平衡向逆反應(yīng)方向移動(dòng)，甲醇的含量降低，b中甲醇體積分?jǐn)?shù)大于a中的原因：b中溫度高，反應(yīng)速率快，反應(yīng)相同時(shí)間生成的甲醇多，體積分?jǐn)?shù)大，達(dá)到平衡時(shí)，a、b、c三個(gè)容器的反應(yīng)溫度不同，a容器溫度最低，c容器的反應(yīng)溫度最高，根據(jù)反應(yīng)放熱可判斷出，升高溫度，平衡逆向移動(dòng)，甲醇的體積分?jǐn)?shù)減小，故應(yīng)為a＞b＞c，
故答案為：b中溫度高，反應(yīng)速率快，反應(yīng)相同時(shí)間生成的甲醇多，體積分?jǐn)?shù)大  a＞b＞c；
（6）負(fù)極上CH₃OH失電子結(jié)合碳酸根發(fā)生氧化反應(yīng)生成二氧化碳和水，電極反應(yīng)式為：CH₃OH-6e^-+3CO₃^2-=4CO₂↑+2H₂O，
故答案為：CH₃OH-6e^-+3CO₃^2-=4CO₂↑+2H₂O．

點(diǎn)評(píng) 本題考查化學(xué)平衡常數(shù)、反應(yīng)速率計(jì)算、含義及影響因素、熱化學(xué)方程式的書(shū)寫、反應(yīng)進(jìn)行方向的判斷、電極反應(yīng)式書(shū)寫等，側(cè)重考查學(xué)生對(duì)知識(shí)的遷移應(yīng)用，難度中等．