Question

12．目前工業(yè)上有一種方法是用CO₂生產燃料甲醇．一定條件下發(fā)生反應：CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g），圖1表示該反應過程中能量（單位為kJ•mol^-1）的變化．

（1）該反應為放熱反應，原因是反應物的總能量高于生成物的總能量．
（2）下列能說明該反應已經達到平衡狀態(tài)的是BC（填序號）
A．v （H₂）=3v（CO₂）                      B．容器內氣體壓強保持不變
C．v_逆（CO₂）=v_正（CH₃OH）             D．容器內氣體密度保持不變
（3）在體積為1L的密閉容器中，充入1molCO₂和3molH₂，測得CO₂和CH₃OH（g）的濃度隨時間變化如圖2所示．從反應開始到平衡，用氫氣濃度變化表示的平均反應速率v（H₂）=0.225mol/（L．min）． 達平衡時容器內平衡時與起始時的壓強之比5：8．
（4）甲醇、氧氣在酸性條件下可構成燃料電池，其負極的電極反應式為CH₃ OH-6e^-+H₂O=6H⁺+CO₂．

Answer 1

分析 （1）圖象分析可知反應物能量高于生成物反應為放熱反應；
（2）根據(jù)化學平衡狀態(tài)的特征解答，當反應達到平衡狀態(tài)時，正逆反應速率相等，各物質的濃度、百分含量不變，以及由此衍生的一些量也不發(fā)生變化，解題時要注意，選擇判斷的物理量，隨著反應的進行發(fā)生變化，當該物理量由變化到定值時，說明可逆反應到達平衡狀態(tài)；
（3）由圖2可知，甲醇的濃度變化量為0.75mol/L，根據(jù)v=$\frac{△c}{△t}$計算v（CH₃OH），再利用速率之比等于化學計量數(shù)之比計算v（H₂），相同條件下氣體壓強之比等于氣體物質的量之比；
（4）甲醇、氧氣在酸性條件下可構成燃料電池，其負極是甲醇失電子在酸性溶液中生成二氧化碳，結合電荷守恒和原子守恒配平書寫得到的電極反應式

解答 解：（1）圖象分析可知反應物二氧化碳和氫氣總你高于生成物甲醇和水蒸氣的總能量，反應為放熱反應，
故答案為：放熱；   反應物的總能量高于生成物的總能量；
（2）CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g），為氣體體積減小的放熱反應
A．反應速率之比等于化學方程式計量數(shù)之比，為正反應速率之比，v （H₂）=3v（CO₂）不能說明正逆反應速率相同，不能證明反應達到平衡狀態(tài)，故A錯誤；
B．反應前后氣體物質的量發(fā)生變化，當容器內氣體壓強保持不變說明反應達到平衡狀態(tài)，故B正確；
C．反應速率之比等于化學方程式計量數(shù)之比，為正反應速率之比，v_逆（CO₂）=v_正（CH₃OH），說明二氧化碳正逆反應速率相同，故C正確；
D．反應前后氣體體積和質量不變，密度始終不變，容器內氣體密度保持不變不能說明反應達到平衡狀態(tài)，故D錯誤；
故答案為：BC；
（3）由圖2可知，10min達平衡時甲醇的濃度變化量為0.75mol/L，所以v（CH₃OH）=$\frac{0.75mol/L}{10min}$=0.075mol/（L•min），速率之比等于化學計量數(shù)之比，所以v（H₂）=3v（CH₃OH）=3×0.075mol/（L•min）=0.225mol/（L•min），反應前后氣體壓強之比等于其物質的量之比，反應前氣體物質的量=4mol，依據(jù)三行計算列式得到；，甲醇生成0.75mol，最后達到平衡狀態(tài)二氧化碳物質的量0.25mol，
                         CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g），
起始量（mol）     1              3                    0               0
變化量（mol）   0.75            2.25               0.75            0.75
平衡量（mol）   0.25            0.75               0.75           0.75
 達平衡時容器內平衡時與起始時的壓強之比=（0.25+0.75+0.75+0.75）：（1+3）=5：8，
故答案為：0.225mol/（L．min）；5：8；
（4）甲醇、氧氣在酸性條件下可構成燃料電池，其負極是甲醇失電子在酸性溶液中生成二氧化碳，結合電荷守恒和原子守恒配平書寫得到的電極反應式為CH₃ OH-6e^-+H₂O=6H⁺+CO₂，
故答案為：CH₃ OH-6e^-+H₂O=6H⁺+CO₂；

點評 本題考查了化學圖象分析、化學平衡狀態(tài)的判斷、反應速率概念計算、原電池電解反應書寫等知識點，掌握基礎是解題關鍵，題目難度中等