Question

20．工業(yè)上一般在密閉容器中采用下列反應合成甲醇：
CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）△H=-91KJ•mol^-1
（1）該反應有利于自發(fā)進行的外界條件是低溫（填“高溫”、“低溫”或“任何溫度”）．
（2）①在溫度和容積不變的條件下發(fā)生反應，能說明該反應達到化學平衡狀態(tài)的依據(jù)是AE（多選扣分）．
A．容器中壓強保持不變  
B．混合氣體的密度不變       
C． V_正（CO）=V_逆（H₂）
D．c（CO₃OH）=c（CO）         
E．混合氣體的平均相對分子質(zhì)量不變
（3）某溫度下，將2mol CO和6mol H₂充入2L的密閉容器中，充分反應3min后達到平衡，測得c（CO）=0.4mol•L^-1．
①則3min內(nèi)CO 的平均反應速率為0.2mol•L^-1•min^-1．該反應的平衡常數(shù)K=0.52．
若同樣條件下起始時CO的物質(zhì)的量為4mol，達到平衡后CH₃OH為2.4mol，則起始時H₂的物質(zhì)的量為：4mol，CO的轉(zhuǎn)化率為：60%．
②在其他條件不變的情況下，將容器體積壓縮到原來的$\frac{1}{2}$，與原平衡相比，下列有關(guān)說法正確的是BC（填字母）．
A．H₂的濃度減小               B．正反應速率加快，逆反應速率也加快
C．甲醇的物質(zhì)的量增加         D．重新平衡時，n（H₂）/n（CH₃OH）增大
（4）甲醇-空氣是一種高效的燃料電池，在氫氧化鉀溶液中，電池反應方程式為：
2CH₃OH（g）+3O₂（g）+4KOH（aq）=2K₂CO₃（aq）+6H₂O （l）
請寫出負極的電極反應式：CH₃OH-6e^-+8OH^-=CO₃^2-+6H₂O．
（5）某條件下，2L的密閉容器中發(fā)生反應CO（g）+H₂O（g）?H₂（g）+CO₂（g），已知某組實驗c（CO）與反應時間t變化曲線Ⅰ． 若在t₀時刻將容器的體積擴大至4L，請在圖中繪出c（CO）與反應時間t變化曲線Ⅱ．

Answer 1

分析 （1）根據(jù)反應方程式可知，該反應為熵減的放熱反應，根據(jù)△G=△H-T△S判斷；
（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(zhì)）或正逆反應速率之比等于系數(shù)之比（不同物質(zhì)），平衡時各種物質(zhì)的物質(zhì)的量、濃度等不再發(fā)生變化，由此衍生的一些物理量不變，以此分析；
（3）①利用三段式分析，可計算得平衡時各物質(zhì)的濃度，根據(jù)平衡常數(shù)的定義計算平衡常數(shù)，并由平衡常數(shù)計算出達到平衡后CH₃OH為2.4mol時各物質(zhì)的平衡濃度，

根據(jù)根據(jù)轉(zhuǎn)化率=$\frac{轉(zhuǎn)化濃度}{起始濃度}$×100%計算；
②該反應為氣體體積減小的反應，將容器體積壓縮到原來的$\frac{1}{2}$，相當于加壓，平衡向正反應方向移動，據(jù)此判斷；
（4）甲醇-空氣燃料電池，在氫氧化鉀溶液中，甲醇是還原劑在負極發(fā)生氧化反應，生成碳酸鉀和水；
（5）已知某組實驗c（CO）與反應時間t變化曲線Ⅰ（如圖），若在t₀時刻將容器的體積擴大至4L，各組分的濃度都減小，反應速率減小，達平衡所需時間變長；

解答 解：（1）根據(jù)△G=△H-T△S判斷，△G＜0，反應自發(fā)進行，因為△H＜0，△S＞0，要△G＜0，必須低溫條件下反應才能自發(fā)，
故答案為：低溫；
（2）A．該反應為氣體體積減小的反應，當容器中壓強保持不變時，反應處于平衡狀態(tài)，故A正確；  
B．該反應在恒容條件下進行，氣體質(zhì)量守恒，所以混合氣體的密度不變不能說明反應是否處于平衡狀態(tài)，故B錯誤；       
C． V_正（CO）=V_逆（H₂）根據(jù)方程式可知，正反應速率大于逆反應速率，反應未處于平衡狀態(tài)，故C錯誤；
D．c（CO₃OH）=c（CO）不能說明正逆反應速率相等，故D錯誤；         
E．該反應總質(zhì)量守恒，總物質(zhì)的量減小，所以當混合氣體的平均相對分子質(zhì)量不變時，反應處于平衡狀態(tài)，故E正確；
故選AE；
（3）①將2mol CO和6mol H₂充入2L的密閉容器中，其濃度分別為1mol/L、3mol/L，
              CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）
起始（mol/L）   1       3           0  
轉(zhuǎn)化（mol/L）   0.6     1.2         0.6
平衡（mol/L）  0.4      1.8         0.6
所以CO 的平均反應速率為$\frac{0.6}{3}$mol•L^-1•min^-1=0.2mol•L^-1•min^-1，平衡常數(shù)K=$\frac{0.6}{0.4×1．{8}^{2}}$=0.52，
設起始時H₂的物質(zhì)的量為x，則
              CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）
起始（mol/L）   2        $\frac{x}{2}$           0  
轉(zhuǎn)化（mol/L）   1.2     2.4         1.2
平衡（mol/L）  0.8      $\frac{x}{2}$-2.4       1.2
根據(jù)K=$\frac{1.2}{0.8×（\frac{x}{2}-2.4）^{2}}$=0.52，解得x=4mol，CO的轉(zhuǎn)化率為$\frac{1.2}{2}$×100%=60%，
故答案為：0.2mol•L^-1•min^-1；0.52；4mol；60%；
②該反應為氣體體積減小的反應，將容器體積壓縮到原來的$\frac{1}{2}$，相當于加壓，平衡向正反應方向移動，
A．體積減小，H₂的濃度增大，故A錯誤；
B．增加壓強，正反應速率加快，逆反應速率也加快，故B正確；
C．平衡正向移動，甲醇的物質(zhì)的量增加，故C正確；
 D．衡向正反應方向移動，重新平衡時，n（H₂）/n（CH₃OH）減小，故D錯誤；
故選BC；
（4）甲醇-空氣燃料電池，在氫氧化鉀溶液中，甲醇是還原劑在負極發(fā)生氧化反應，生成碳酸鉀和水，負極的電極反應式為CH₃OH-6e^-+8OH^-=CO₃^2-+6H₂O，
故答案為：CH₃OH-6e^-+8OH^-=CO₃^2-+6H₂O；

（5）已知某組實驗c（CO）與反應時間t變化曲線Ⅰ（如圖一）．若在t₀時刻將容器的體積擴大至4L，各組分的濃度都減小，反應速率減小，達平衡所需時間變長，圖象為，
故答案為：．

點評 本題考查化學反應的自發(fā)、平衡狀態(tài)判斷、平衡常數(shù)、電化學原理等，綜合性較大，難度中等，注意三段式解題法的運用．