(2013?珠海模擬)甲醇是一種優(yōu)質(zhì)燃料,可制作燃料電池.
(1)為探究用 CO2 來生產(chǎn)燃料甲醇的反應(yīng)原理,現(xiàn)進行如下實驗:在體積為 1L 的密閉容器中,充入 1molCO2 和 3molH2,一定條件下發(fā)生反應(yīng):
CO2(g)+3H2(g)?CH3OH(g)+H2O(g)△H=-49.0kJ/mol
測得 CO2 和 CH3OH(g)的濃度隨時間變化如圖.請回答:
①從反應(yīng)開始到平衡,氫氣的反應(yīng)速率:v(H2)=
0.225mol/(L?min)
0.225mol/(L?min)

②能夠說明該反應(yīng)已達到平衡的是
AC
AC

A.恒溫、恒容時,容器內(nèi)的壓強不再變化
B.恒溫、恒容時,容器內(nèi)混合氣體的密度不再變化
C.一定條件下,CO、H2和CH3OH的濃度保持不變
D.一定條件下,單位時間內(nèi)消耗3molH2的同時生成1mol CH3OH
③下列措施中能使平衡混合物中 n(CH3OH)/n(CO2) 增大的是
CD
CD

A.加入催化劑
B.充入 He(g),使體系壓強增大
C.將 H2O(g)從體系中分離
D.降低溫度
④求此溫度(t1)下該反應(yīng)的平衡常數(shù) K1=
5.33
5.33
(計算結(jié)果保留三位有效數(shù)字).
⑤另在溫度(t2)條件下測得平衡常數(shù) K2,已知t2>t1,則K2
K1(填“>”、“=”或“<”).
(2)以 CH3OH 為燃料(以 KOH 溶液作電解質(zhì)溶液)可制成 CH3OH 燃料電池,則充入 CH3OH 的電極為
極,充入O2電極的反應(yīng)式為
3O2+12e-+6H2O═12OH-(O2+4e-+2H2O═4OH-也算對)
3O2+12e-+6H2O═12OH-(O2+4e-+2H2O═4OH-也算對)

(3)已知在常溫常壓下:
①2CH3OH(l)+3O2(g)═2CO2(g)+4H2O(g)△H 1
②2CO(g)+O2(g)═2CO2(g)△H2
則 1mol 甲醇不完全燃燒生成一氧化碳和氣態(tài)水時反應(yīng)的△H=
1
2
(△H1-△H2
1
2
(△H1-△H2
.(用含△H1、△H2 的式子表示)
分析:(1)①由圖象可知,10min到達平衡,平衡時甲醇的濃度變化為0.75mol/L,根據(jù)濃度變化量之比等于化學計量數(shù)之比氫氣的濃度變化量,再根據(jù)v=
△c
△t
計算出v(H2);
②根據(jù)達到平衡狀態(tài)正逆反應(yīng)速率相等,各組分濃度不變進行判斷;
③使n(CH3OH)/n(CO2)應(yīng)采取措施,使平衡向正反應(yīng)移動,注意不能增大二氧化碳或降低甲醇的量;
④根據(jù)平衡常數(shù)等于生成物的濃度冪之積除以反應(yīng)物的濃度冪之積計算;
⑤根據(jù)該反應(yīng)為放熱反應(yīng),溫度升高,平衡向著逆向移動分析;
(2)燃料原電池中,甲醇失電子發(fā)生氧化反應(yīng),所以通入燃料的電極為負極,通入氧氣的電極為正極;氧氣得到電子生成氫氧根離子;
(3)根據(jù)熱化學方程式①②及蓋斯定律計算反應(yīng)熱.
解答:解:(1)①由圖可知,10min到達平衡,平衡時甲醇的濃度變化為0.75mol/L,由方程式CO2(g)+3H2(g)?CH3OH(g)+H2O可知,氫氣的濃度變化等于甲醇的濃度變化量為0.75mol/L×3=2.25mol/L,故v(H2)=
2.25mol/L
10min
=0.225mol/(L?min),
故答案為:0.225mol/(L?min)       
②A.恒溫、恒容時,容器內(nèi)的壓強不再變化,反應(yīng)兩邊氣體體積不相等,壓強不變,說明正逆反應(yīng)速率相等,達到了平衡狀態(tài),故A正確;
B.恒溫、恒容時,容器內(nèi)混合氣體的密度不再變化,混合氣體的質(zhì)量不變,容器的容積不變,所以氣體的密度始終不變,所以密度不變,無法判斷是否達到平衡狀態(tài),故B錯誤;
C.一定條件下,CO、H2和CH3OH的濃度保持不變,各組分濃度不變,說明正逆反應(yīng)速率相等,達到了平衡狀態(tài),故C正確;
D.一定條件下,單位時間內(nèi)消耗3molH2的同時生成1mol CH3OH,表示的是正逆反應(yīng)速率,無法判斷正逆反應(yīng)速率是否相等,故D錯誤;
故選:A C;     
③使n(CH3OH)/n(CO2)應(yīng)采取措施,使平衡向正反應(yīng)移動,注意不能增大二氧化碳或降低甲醇的量,
A、加入催化劑,催化劑不影響化學平衡,n(CH3OH)/n(CO2)不變,故A錯誤,
B、充入He(g),使體系壓強增大,容器的容積不變,反應(yīng)混合物的濃度不變,平衡不移動,n(CH3OH)/n(CO2)不變,故B錯誤,
C、將H2O(g)從體系中分離,平衡向正反應(yīng)移動,n(CH3OH)/n(CO2)增大,故C正確,
D、降低溫度,該反應(yīng)正反應(yīng)是放熱反應(yīng),降低溫度平衡向正反應(yīng)移動,n(CH3OH)/n(CO2)增大,故D正確;
故答案為:CD;
④達到平衡時,c(CO2)=0.25mol/L,c(CH3OH)=0.75mol/L,c(H2O)根據(jù)反應(yīng)方程式,反應(yīng)氫氣的消耗濃度為二氧化碳的3倍,所以平衡狀態(tài)時氫氣的濃度為:0.75mol/L;c(H2O)=0.75mol/L,
該溫度下的平衡常數(shù)為:K=
0.75×0.75
0.25×0.753
≈5.33,
故答案為:5.33;   
⑤在溫度(t2)條件下測得平衡常數(shù) K2,已知t2>t1,該反應(yīng)為放熱反應(yīng),溫度升高,平衡向著逆向移動,平衡常數(shù)將減小,
故答案為:<;
(2)燃料原電池中,甲醇失電子發(fā)生氧化反應(yīng),所以通入燃料甲醇的電極為負極;充入O2電極的反應(yīng)式為氧氣得到電子生成了氫氧根離子,電極反應(yīng)為:3O2+12e-+6H2O═12OH-(O2+4e-+2H2O═4OH-也算對)
故答案為:負;3O2+12e-+6H2O═12OH-(O2+4e-+2H2O═4OH-也算對);
(3)①2CH3OH(l)+3O2(g)═2CO2(g)+4H2O(g)△H 1
②2CO(g)+O2(g)═2CO2(g)△H2,
根據(jù)蓋斯定律,將反應(yīng)①×
1
2
-反應(yīng)②×
1
2
,可得:CH3OH(l)+O2(g)═CO(g)+2H2O(g)
1
2
(△H1-△H2
1mol甲醇不完全燃燒生成一氧化碳和氣態(tài)水時反應(yīng)的△H=
1
2
(△H1-△H2),
故答案為:
1
2
(△H1-△H2).
點評:本題考查較為綜合,涉及反應(yīng)速率、平衡常數(shù)、平衡移動以及電化學等知識,題目難度不大,注意把握影響平衡移動的因素以及平衡移動方向的判斷.
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