Question

8．甲醇和天然氣是重要的化工原料，又可作為燃料．根據下面信息回答有關的問題：
（1）在恒定容積為1.00L的密閉容器中，通入一定量的甲醇發(fā)生如下反應：CH₃OH（g）?CO（g）+2H₂（g）△H₁=+99kJ•mol^-1．100℃時，體系中各物質濃度隨時間變化如圖1所示（平衡時甲醇的轉化率記作а₁）．

①在0～60s時段，反應速率v（CO）為0.0010mol•L^-1•s^-1；該反應的平衡常數K₁的值為0.0216或2.16×10^-2．
②已知若在恒壓條件下進行，平衡時CH₃OH 的轉化率為а₂，則а₂大于а₁（填“大于”或“小于”、“等于”）．
（2）合成CH₄的原理：CO₂（g）+4H₂（g）?CH₄（g）+2H₂O（g）△H=-162kJ•mol^-1．
其他條件相同，實驗測得在T₁和P_l與T₂和P₂條件下該反應的H₂平衡轉化率相同，若T₁＞T₂、則P₁＞P₂（填“＞”、“＜”或“=”）．
（3）科學家用氮化鎵、銅等材料組裝成人工光合系統（如2圖），利用該裝置成功地實現了以CO₂和H₂O合成CH₄．
①寫出銅電極表面的電極反應式CO₂+8e^-+8H⁺=CH₄+2H₂O．
②為提高該人工光合系統的工作效率，可向裝置中加入少量硫酸（選填“鹽酸”或“硫酸”）．

Answer 1

分析 （1）①先計算甲醇的反應速率，再根據同一化學反應中同一段時間內各物質的反應速率之比等于其計量數之比計算氫氣反應速率；
化學平衡常數K=$\frac{c（CO）．{c}^{2}（{H}_{2}）}{c（C{H}_{3}OH）}$；
②該反應前后是一個氣體體積增大的可逆反應，壓強不變，容器體積會增大，與恒容相比相當于減小壓強，平衡向氣體體積增大的方向移動；
（2）該反應是一個反應前后氣體體積減小、放熱的可逆反應，所以升溫向逆反應方向進行，而加壓則向正反應方向進行；
（3）①根據圖知，Cu電極上反應物是二氧化碳和氫離子，生成物是甲烷和水；
②電解質溶液呈酸性，加入的酸不能影響產物成分．

解答 解：（1）①v（CH₃OH）=$\frac{△c}{△t}$=$\frac{0.100-0.040}{60}$mol/（L．s）=0.0010 mol•L^-1•s^-1，同一化學反應中同一段時間內各物質的反應速率之比等于其計量數之比得v（H₂）=v（CH₃OH）=0.0010 mol•L^-1•s^-1；
      CH₃OH（g）?CO（g）+2H₂（g）
反應前0.100       0       0
反應 0.060      0.060    0.120
平衡0.040       0.060    0.120
化學平衡常數K=$\frac{c（CO）．{c}^{2}（{H}_{2}）}{c（C{H}_{3}OH）}$=$\frac{0.060×（0.12{0）}^{2}}{0.040}$=0.0216或2.16×10 ^-2，
故答案為：0.0010 mol•L^-1•s^-1；0.0216或2.16×10 ^-2；
②該反應前后是一個氣體體積增大的可逆反應，壓強不變，容器體積會增大，與恒容相比相當于減小壓強，平衡向氣體體積增大的方向移動，所以平衡正向移動，則甲醇轉化率增大，故答案為：大于；
（2）則該反應為氣體體積減小的放熱反應，所以升溫向逆反應方向進行，加壓則向正反應方向進行，而實驗測得在T₁和P_l與T₂和P₂條件下該反應的H₂平衡轉化率相同，若T₁＞T₂，所以P_l＞P₂；故答案為：＞；
（3）①根據圖知，Cu電極上反應物是二氧化碳和氫離子，生成物是甲烷和水，電極反應式為CO₂+8e^-+8H⁺=CH₄+2H₂O，
故答案為：CO₂+8e^-+8H⁺=CH₄+2H₂O；
②電解質溶液呈酸性，加入的酸不能影響產物成分，由于鹽酸易揮發(fā)，生成的甲烷中會混有HCl氣體，應加入硫酸，故答案為：硫酸．

點評 本題考查化學平衡有關計算及原電池原理，為高頻考點，側重考查學生分析計算能力，明確化學平衡常數計算方法及原電池各個電極發(fā)生的反應是解本題關鍵，難點是電極反應式的書寫，題目難度不大．