Question

制取甲醇的方法很多，請根據以下材料回答相應問題．
【方法一】利用工業(yè)廢氣中的CO₂制取甲醇．
已知a．CO（g）+H₂O（g）?CO₂（g）+H₂（g）△H═-41kJ?mol^-1 
b．部分物質的反應能量變化如圖Ⅰ：

（1）寫出由CO₂（g）與H₂（g）制取CH₃OH（g）和H₂O（g）的熱化學方程式

 

．
【方法二】如圖Ⅱ所示，利用原電池原理將CO轉化為甲醇．
（2）該電池中正極的電極反應式為

 

．
【方法三】在恒容密閉容器中，用ZnO-Cr₂O₃作催化劑，于一定溫度和壓強下，用反應．CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）生產甲醇．
（3）一定溫度下，在體積為2L的密閉容器中充入H₂和CO合成CH₃OH，各組份的物質的量濃度隨時間的變化情況如表所示：

反應時間/min 物質的量濃度/mol?L-1	0	3	10	12
C（H2）	2
C（CO）		0.500	0.250	0.250
C（CH3OH）	0	0.500	0.750	0.750

①0～10min，v（H₂）=

 

，該溫度下此反應的化學平衡常數為

 

，平衡時容器內的壓強與起始壓強比為

 

．
②下列說法正確的是

 

（填字母序號）
a．其它條件不變，增大CO的濃度，H₂的轉化率最大
b．當容器內混合氣體密度不再發(fā)生變化時，反應達到平衡狀態(tài)
c．使用催化劑（Z_nO-Cr₂O₃）的目的是為了使v_d＞v_逆
③12min時，若將容器的體積縮小為原來的一半且其它條件不變，16min時反應重新達到平衡，此時c（CH₃OH）=1.674mol?L^-1，c（H₂）=0.652mol?L^-1，請在圖中用曲線表示12min～18min階段c（CO）隨時間變化的趨勢，并在縱軸上標注c（CO）起點及終點的值．

Answer 1

考點：熱化學方程式,化學電源新型電池,物質的量或濃度隨時間的變化曲線

專題：基本概念與基本理論

分析：（1）已知CO（g）+H₂O（g）?CO₂（g）+H₂（g）△H═-41kJ?mol^-1，由圖象寫出CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）（g）△H=419-501=-91kJ?mol^-1，根據蓋斯定律構建目標方程式，計算反應熱；
（2）正極上CO得電子與氫離子結合生成甲醇；
（3）①依據三段式和已知數據求出反應的氫氣的濃度和平衡時各物質的濃度再求算；
②a．其它條件不變，增大一種反應物的濃度，平衡正移，另一種反應物的轉化率最大；
b．氣體的體積不變，質量守恒，則密度不變；
c．使用催化劑正逆反應速率都增大，平衡不移動；
③12min時，若將容器的體積縮小為原來的一半且其它條件不變，則瞬間各物質的濃度變?yōu)樵瓉淼?倍，壓強增大，平衡正向移動，CO逐漸減少，甲醇逐漸增多，16min時反應重新達到平衡，結合數據畫出圖象．

解答： 解：（1）已知CO（g）+H₂O（g）?CO₂（g）+H₂（g）△H═-41kJ?mol^-1①，
由圖象寫出CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）（g）△H=419-501=-91kJ?mol^-1②，
根據蓋斯定律：方程②-①得CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）△H=-50kJ?mol^-1；
故答案為：CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）△H=-50kJ?mol^-1；
（2）正極上CO得電子與氫離子結合生成甲醇，則正極的電極方程式為：CO+4e^-+4H⁺=CH₃OH；
故答案為：CO+4e^-+4H⁺=CH₃OH；
（3）①已知開始時C（H₂）=2mol/L，設C（CO）為amol/L，轉化的CO為xmol/L
則            CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）
開始（mol/L）：a       2          0
反應（mol/L）：x       2x          x
平衡（mol/L）：a-x     2-2x        x
已知平衡時甲醇為0.750mol/L，CO為0.25mol/L，則x=0.750，a=1mol/L，
0～10min，v（H₂）=

2×0.750mol/L

10min

=0.15mol/（L?min），
K=

c(CH3OH)

c(CO)?c2(H2)

=

0.75

0.25×0．52

=12；
壓強之比等于物質的量濃度之比，則平衡時容器內的壓強與起始壓強比為

0.25+0.5+0.75

1+2

=

1

2

；
故答案為：0.15mol/（L?min）；12；

1

2

；
②a．其它條件不變，增大一種反應物的濃度，平衡正移，另一種反應物的轉化率最大，則增大CO的濃度，H₂的轉化率最大，故正確；
b．氣體的體積不變，質量守恒，則混合氣體的密度始終不變，所以不能判斷平衡狀態(tài)，故錯誤；
c．使用催化劑正逆反應速率都增大，平衡不移動，所以加催化劑后v_正=v_逆，故錯誤；
故答案為：a；
③12min時，若將容器的體積縮小為原來的一半且其它條件不變，則瞬間各物質的濃度變?yōu)樵瓉淼?倍，則12min時c（CO）=0.5mol?L^-1；壓強增大，平衡正向移動，CO逐漸減少，甲醇逐漸增多，16min時反應重新達到平衡，c（CH₃OH）=1.674mol?L^-1，c（H₂）=0.652mol?L^-1，CO的濃度減少量等于CH₃OH濃度增加量，則16min時c（CO）=0.500-（1.674-1.500）=0.326mol?L^-1，畫出圖象為；
故答案為：．

點評：本題考查了化學反應與能量、蓋斯定律的應用、化學反應速率、化學平衡常數概念分析計算等，把握影響因素、K的計算方法和平衡標志的判斷是解題關鍵，題目難度中等．