Question

14．甲醇是重要的化工原料，又是一種可再生能源，具有廣泛的開發(fā)和應(yīng)用前景．
（1）已知反應(yīng)CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）△H=-99kJ．mol^-1中的相關(guān)化學(xué)鍵鍵能如下：

化學(xué)鍵	H-H	C-O	C≡C	H-O	C-H
E/（KJ．mol-1）	436	343	x	465	413

則x=1076．
（2）在一容積可變的密閉容器中，1molCO與2molH₂發(fā)生反應(yīng)：CO（g）+2H₂（g） $\stackrel{催化劑}{?}$  CH₃OH（g）△H₁＜0，CO在不同溫度下的平衡轉(zhuǎn)化率（α）與壓強(qiáng)的關(guān)系如右圖所示．
 ①a、b兩點(diǎn)的反應(yīng)速率：v（a）＜v（b）（填“＞”、“＜”、“=”）
 ②T₁＜T₂ （填“＞”、“＜”、“=”），原因是該反應(yīng)是放熱反應(yīng)，溫度升高，平衡逆向移動(dòng)，CO的平衡轉(zhuǎn)化率減小，故T_l＜T₂．
③在c點(diǎn)條件下，下列敘述能說明上述反應(yīng)能達(dá)到化學(xué)平衡狀態(tài)的是bc（填代號(hào)）
a．H₂的消耗速率是CH₃OH生成速率的2倍
b．CH₃OH的體積分?jǐn)?shù)不再改變
c．混合氣體的密度不再改變
d．CO和CH₃OH的物質(zhì)的量之和保持不變
 ④計(jì)算圖中a點(diǎn)的平衡常數(shù)K_P=1.6×10^-7（用平衡分壓代替平衡濃度計(jì)算，分壓=總壓×物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)）．
（3）以甲醇為燃料，氧氣為氧化劑，KOH溶液為電解質(zhì)溶液，可制成燃料電池（電極材料為惰性電極）．若電解質(zhì)溶液中KOH的物質(zhì)的量為0.8mol，當(dāng)有0.5mol甲醇參與反應(yīng)時(shí)，電解質(zhì)溶液中各種離子的物質(zhì)的量濃度由大到小的順序是c（K⁺）＞c（CO₃^2-）＞c（HCO₃^-）＞c（OH^-）＞c（H⁺）．

Answer 1

分析 （1）焓變=反應(yīng)物總鍵能-生成物總鍵能；
（2）①a、b兩點(diǎn)溫度相同，壓強(qiáng)不同，壓強(qiáng)越大反應(yīng)速率越大；
②該反應(yīng)的正反應(yīng)是放熱反應(yīng)，升高溫度CO轉(zhuǎn)化率降低；
③可逆反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)時(shí)，正逆反應(yīng)速率相等，反應(yīng)體系中各物質(zhì)的物質(zhì)的量、物質(zhì)的量濃度、百分含量以及由此引起的一系列物理量不變；
④a點(diǎn)的一氧化碳轉(zhuǎn)化率為50%，總壓為0.5MPa，
               CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）
起始量（mol）    1      2          0
變化量（mol）   x       2x         x
平衡量（mol）  1-x     2-2x        x
而一氧化碳轉(zhuǎn)化率為50%，所以x=0.5mol，分壓=總壓×物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)；
（3）當(dāng)有0.5mol甲醇參與反應(yīng)時(shí)，產(chǎn)生的二氧化碳是0.5mol，和0.8mol氫氧化鉀反應(yīng)，根據(jù)元素守恒可以計(jì)算n （K₂CO₃）=0.3mol，n （KHCO₃）=0.2mol，據(jù)此確定離子濃度的大小順序．

解答 解：（1）反應(yīng)熱=反應(yīng)物的總鍵能-生成物的總鍵能，則△H=2×436+x-343-413×3-465=-99，解得x=1076；
故答案為：1076；
（2）①壓強(qiáng)越大反應(yīng)速率越快，所以a、b兩點(diǎn)的反應(yīng)速率：v（a）＜v（b）；
故答案為：＜；
②該反應(yīng)是放熱反應(yīng)，溫度升高，平衡逆向移動(dòng)，CO的平衡轉(zhuǎn)化率減小，故T_l＜T₂；
故答案為：＜；該反應(yīng)是放熱反應(yīng)，溫度升高，平衡逆向移動(dòng)，CO的平衡轉(zhuǎn)化率減小，故T_l＜T₂；
③a．H₂的消耗速率是CH₃OH生成速率的2倍均為正反應(yīng)速率，不能說正逆反應(yīng)速率相等，故a錯(cuò)誤；     
b．CH₃OH的體積分?jǐn)?shù)隨著反應(yīng)的進(jìn)行增大，不再改變時(shí)化學(xué)平衡，故b正確；
c．混合氣體的總質(zhì)量不變，容器可變，則混合氣體的體積減小，密度增大，不再改變時(shí)化學(xué)平衡，故c正確；                
d．CO和CH₃OH的物質(zhì)的量之和保持不變，不能說明化學(xué)平衡，故d錯(cuò)誤；
故答案為：bc；
④a點(diǎn)的一氧化碳轉(zhuǎn)化率為50%，總壓為0.5MPa，
               CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）
起始量（mol）    1      2          0
變化量（mol）   x       2x         x
平衡量（mol）  1-x     2-2x        x
而一氧化碳轉(zhuǎn)化率為50%，所以x=0.5mol，
Kp=$\frac{\frac{0.5}{2}×0.5}{\frac{0.5}{2}×0.5×（\frac{1}{2}×0.5）^{2}}$=1.6×10^-7；
故答案為：1.6×10^-7；
（3）當(dāng)有0.5mol甲醇參與反應(yīng)時(shí)，產(chǎn)生的二氧化碳是0.5mol，和0.8mol氫氧化鉀反應(yīng)，設(shè)n （K₂CO₃）=xmol，n （KHCO₃）=ymol，根據(jù)C、K原子守恒得$\left\{\begin{array}{l}{x+y=0.5}\\{2x+y=0.8}\end{array}\right.$，解得$\left\{\begin{array}{l}{x=0.3}\\{y=0.2}\end{array}\right.$，
即n （K₂CO₃）=0.3mol，n （KHCO₃）=0.2mol，二者的水溶液均為堿性，且碳酸根離子水解程度大于碳酸氫根離子，但其水解程度都較小，所以c（K⁺）＞c（CO₃^2-）＞c（HCO₃^-）＞c（OH^-）＞c（H⁺），
故答案為：c（K⁺）＞c（CO₃^2-）＞c（HCO₃^-）＞c（OH^-）＞c（H⁺）．

點(diǎn)評(píng) 本題考查電解原理、化學(xué)平衡計(jì)算、化學(xué)平衡狀態(tài)判斷等知識(shí)點(diǎn)，為高頻考點(diǎn)，側(cè)重考查學(xué)生分析、判斷及計(jì)算能力，明確化學(xué)平衡狀態(tài)判斷方法、外界條件對(duì)化學(xué)平衡移動(dòng)影響、鹽類水解等知識(shí)點(diǎn)是解本題關(guān)鍵，難點(diǎn)是（3）題計(jì)算．