Question

【題目】回答下列問題:

(1)已知室溫下CO的燃燒熱為283kJ/mol，則CO的燃燒熱的熱化學(xué)方程式為____。

(2)工業(yè)上利用CO和H2合成清潔能源CH3OH，其反應(yīng)為:CO(g)+2H2(g)CH3OH(g) H=-116kJ/mol，如圖①表示CO的平衡轉(zhuǎn)化率( )隨溫度和壓強(qiáng)變化的示意圖中橫坐標(biāo)X表示的是_________，Y1______Y2(填“＜”、“=”、“＞”)；

(3)合成甲醇的反應(yīng)原理為:CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)，在0.5L的密閉器中，充入1 mol CO2和3molH2，在500℃下生反應(yīng)，測得CO2(g和CH3OH(g)的量隨時(shí)間變化如圖②所示。

①反應(yīng)進(jìn)行到4min時(shí)，v(正)____v(逆)(填“＜”、“=”、“＞”)，0～4min，H2的平均反應(yīng)速率v(H2)=_____________；

②該溫度下平衡常數(shù)為_____________；

③下列能說明該反應(yīng)已達(dá)到平衡狀態(tài)的是___________；

A. v正(CH3OH)=3v逆(H2)

B.CO2、H2、CH3OH和H2O濃度之比為1:3:1:1

C.恒溫恒壓下，氣體的體積不再變化

D.恒溫恒容下，氣體的密度不再變化

(4)為提高燃料的能量利用率，常將其設(shè)計(jì)為燃料電池。某電池以甲醇為燃料，空氣為氧化劑，KOH溶液為電解質(zhì)溶液，以具有催化作用和導(dǎo)電性能的稀土金屬為電極寫出該燃料電池的負(fù)極反應(yīng)式：_________。

Answer 1

【答案】CO(g)+ O2(g) = CO2(g) △H=-283kJ/mo1 壓強(qiáng) ＜ ＞ 0.75 mol·L1·min1 C CH3OH - 6e- + 8 OH- = CO32-+6H2O

【解析】

(1)根據(jù)CO的燃燒熱為283kJ/mo1，結(jié)合燃燒熱的化學(xué)方程式的書寫要求書寫；

(2)CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)△H=-116kJ/mo1，反應(yīng)是氣體體積減小的放熱反應(yīng)，圖象中CO 的平衡轉(zhuǎn)化率隨X增大而增大，相同條件下Y1和Y2條件下一氧化碳轉(zhuǎn)化率Y1＞Y2，結(jié)合溫度和壓強(qiáng)對(duì)平衡的影響分析判斷；

(3)①圖象分析4min時(shí)，甲醇和二氧化碳濃度隨時(shí)間增長變化，反應(yīng)未達(dá)到平衡狀態(tài)，根據(jù)圖像先計(jì)算v(CO2)，再根據(jù)方程式計(jì)算v(H2)；②15min反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)，根據(jù)平衡時(shí)甲醇的物質(zhì)的量為0.75mol，結(jié)合三段式計(jì)算平衡常數(shù)K；③根據(jù)正逆反應(yīng)速率相同，各組分含量保持不變分析判斷；

(4)負(fù)極發(fā)生氧化反應(yīng)，甲醇被氧化生成碳酸鉀，據(jù)此書寫電極反應(yīng)式。

(1)CO的燃燒熱為283kJ/mo1，則燃燒熱的熱化學(xué)方程式為CO(g)+O2(g)CO2(g)△H=-283kJ/mo1，故答案為：CO(g)+O2(g)CO2(g)△H=-283kJ/mo1；

(2)CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)△H=-116kJ/mo1，該反應(yīng)是氣體體積減小的放熱反應(yīng)，圖象中CO 的平衡轉(zhuǎn)化率隨X增大而增大，則X 表示的是壓強(qiáng)，Y表示的是溫度，相同條件下，在Y1和Y2條件下一氧化碳轉(zhuǎn)化率Y1＞Y2，升高溫度，平衡逆向移動(dòng)，則溫度Y1＜Y2，故答案為：壓強(qiáng)；＜；

(3)①反應(yīng)進(jìn)行到4min 時(shí)，隨時(shí)間變化，甲醇增加，二氧化碳減小，說明反應(yīng)繼續(xù)正向進(jìn)行，v(正)＞v(逆)；0～4min，二氧化碳物質(zhì)的量變化1mol-0.5mol=0.5mol，CO2的平均反應(yīng)速率v(CO2)==0.25mol/(Lmin)，則v(H2)=3 v(CO2)=3×0.25mol/(Lmin)=0.75mol/(Lmin)，故答案為：＞；0.75 mol/(Lmin)；

②15min反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)，甲醇平衡濃度為0.75mol/L，二氧化碳平衡濃度為0.25mol/L，

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

K==，故答案為：；

③A．速率之比等于化學(xué)方程式中的化學(xué)計(jì)量數(shù)之比，3v正(CH3OH)=v逆(H2)才能說明氫氣正逆反應(yīng)速率相同，故A錯(cuò)誤；B．CO2、H2、CH3OH和H2O濃度之比為1∶3∶1∶1不能說明濃度是否不變，不能說明反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)，故B錯(cuò)誤；C．反應(yīng)前后氣體體積變化，恒溫恒壓下，氣體的體積不再變化，說明反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)，故C正確；D．恒溫恒容下，反應(yīng)前后氣體質(zhì)量和體積不變，氣體的密度始終不變，不能說明反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)，故D錯(cuò)誤；故答案為：C；

(4)燃料電池中，通入燃料的為負(fù)極，負(fù)極發(fā)生氧化反應(yīng)，甲醇被氧化生成碳酸鉀，電極方程式為CH3OH - 6e- + 8 OH- = CO32-+6H2O，故答案為：CH3OH - 6e- + 8 OH- = CO32-+6H2O。