Question

5．甲醇是重要的化工原料．利用合成氣（主要成分為CO、CO₂和H₂）在催化劑的作用下合成甲醇，發(fā)生的主反應(yīng)如下：
①CO（g）+2H₂（g）═CH₃OH（g）△H₁=-99kJ．mol^-1，
②CO₂（g）+3H₂（g）═CH₃OH（g）+H₂O（g）△H₂=-58kJ．mol^-1
③CO₂（g）+H₂（g）═CO（g）+H₂O（g）△H₃
回答下列問(wèn)題：
（1）寫出CO₂的結(jié)構(gòu)式O=C=O
（2）由上述數(shù)據(jù)計(jì)算出△H₃=+41kJ．mol^-1
（3）在容積為2L的密閉容器中，由CO₂和H₂合成甲醇，在其他條件不變的情況下，溫度T₁、T₂對(duì)反應(yīng)的影響，下列正確的是③④（填序號(hào)）
①溫度為T₁時(shí)，從反應(yīng)到平衡，生成甲醇的平均速率為：v（CH₃OH）=$\frac{{n}_{A}}{{t}_{A}}$ mol/（L•min）
②該反應(yīng)在T₁時(shí)的平衡常數(shù)比T₂時(shí)的小
③當(dāng)生成1mol甲醇的同時(shí)，生成1molCO₂，說(shuō)明反應(yīng)達(dá)到平衡n
④處于A點(diǎn)的反應(yīng)體系從T₁變到T₂，達(dá)到平衡時(shí)n（H₂）與n（CH₃OH）比值增大
（4）在T₁溫度時(shí)，將2molCO₂和6molH₂充入體積為2L的密閉恒容器中，充分反應(yīng)達(dá)到平衡后，若CO₂轉(zhuǎn)化率為50%，則容器內(nèi)的壓強(qiáng)與起始?jí)簭?qiáng)之比為3：4；該溫度條件下，反應(yīng)平衡常數(shù)為0.15（計(jì)算出結(jié)果）
（5）在直接以甲醇為燃料電池中，電解質(zhì)溶液為硫酸性，負(fù)極的電極反應(yīng)式為CH₃OH+H₂O-6e^-=CO₂+6H⁺．

Answer 1

分析 （1）二氧化碳中C原子和O原子間為雙鍵；
（2）根據(jù)蓋斯定律可知，將②-①可得反應(yīng)③；
（3）根據(jù)圖象中甲醇的變化來(lái)計(jì)算反應(yīng)速率，并利用圖象中時(shí)間與速率的關(guān)系來(lái)分析T₁、T₂，再利用影響平衡的因素來(lái)分析解答；
（4）根據(jù)化學(xué)平衡的三段法計(jì)算平衡時(shí)各物質(zhì)的物質(zhì)的量，再利用反應(yīng)前后氣體的物質(zhì)的量之比等于壓強(qiáng)之比來(lái)解答；K=$\frac{生成物平衡濃度}{反應(yīng)物平衡濃度}$；
（5）負(fù)極上燃料甲醇失電子發(fā)生氧化反應(yīng)生成二氧化碳．

解答 解：（1）二氧化碳中C原子和O原子間為雙鍵，故二氧化碳的結(jié)構(gòu)式為O=C=O，故答案為：O=C=O；
（2）已知反應(yīng)：①CO（g）+2H₂（g）═CH₃OH（g）△H₁=-99kJ．mol^-1，
②CO₂（g）+3H₂（g）═CH₃OH（g）+H₂O（g）△H₂=-58kJ．mol^-1
根據(jù)蓋斯定律可知，將②-①可得反應(yīng)③，故△H₃=（-58kJ．mol^-1）-（-99kJ．mol^-1）=+41KJ/mol，
故答案為：+41；
（3）根據(jù)題給圖象分析可知，T₂先達(dá)到平衡則T₂＞T₁，由溫度升高反應(yīng)速率增大可知T₂的反應(yīng)速率大于T₁，又溫度高時(shí)平衡狀態(tài)CH₃OH的物質(zhì)的量少，則說(shuō)明可逆反應(yīng)CO₂+3H₂?CH₃OH+H₂O向逆反應(yīng)方向移動(dòng)，故正反應(yīng)為放熱反應(yīng)，則T₁時(shí)的平衡常數(shù)比T₂時(shí)的大；
①v（CH₃OH）=$\frac{{n}_{A}}{\frac{2L}{{t}_{A}}}$=$\frac{{n}_{A}}{2{t}_{A}}$mol/L•min，故①錯(cuò)誤；
②正反應(yīng)為放熱反應(yīng)，根據(jù)題給圖象分析可知，T₂先達(dá)到平衡則T₂＞T₁，升高溫度，平衡向逆反應(yīng)方向移動(dòng)，該反應(yīng)在T₁時(shí)的平衡常數(shù)比T₂時(shí)的大，故②錯(cuò)誤；
③當(dāng)生成1mol甲醇的同時(shí)，必然消耗1mol二氧化碳，而此時(shí)再生成1molCO₂，說(shuō)明反應(yīng)達(dá)到平衡，故③正確；
④處于A點(diǎn)的反應(yīng)體系從T₁變到T₂，升高溫度，平衡向逆反應(yīng)方向移動(dòng)，達(dá)到平衡時(shí)，氫氣物質(zhì)的量增大、甲醇的物質(zhì)的量減小，故$\frac{n（{H}_{2}）}{n（C{H}_{3}OH）}$增大，故④正確；
故答案為：③④；
（4）由化學(xué)平衡的三段模式法計(jì)算可知，容器體積為2L，
                       CO₂（g）+3H₂（g）=CH₃OH（g）+H₂O（g）
起始（mol/L）     1             3             0                    0
變化（mol/L）  1×50%        1.5          0.5                 0.5
平衡（mol/L）   0.5           1.5             0.5                0.5
根據(jù)相同條件下氣體的壓強(qiáng)之比等于物質(zhì)的量之比，
則容器內(nèi)的壓強(qiáng)與起始?jí)簭?qiáng)之比=$\frac{0.5+1.5+0.5+0.5}{1+3}$=$\frac{3}{4}$，
平衡常數(shù)K=$\frac{0.5×0.5}{0.5×1．{5}^{3}}$=$\frac{4}{27}$=0.15
故答案為：$\frac{3}{4}$；0.15；
（5）酸性條件下，負(fù)極上燃料甲醇失電子發(fā)生氧化反應(yīng)生成二氧化碳和氫離子，電極反應(yīng)式為：CH₃OH+H₂O-6e^-=CO₂+6H⁺，
故答案為：CH₃OH+H₂O-6e^-=CO₂+6H⁺．

點(diǎn)評(píng) 本題綜合性較強(qiáng)，考查知識(shí)點(diǎn)較多，注重了對(duì)高考熱點(diǎn)的考查，學(xué)生應(yīng)熟悉蓋斯定律、熱化學(xué)反應(yīng)方程式、反應(yīng)速率、化學(xué)平衡、原電池、圖象分析判斷等重要知識(shí)來(lái)解答，題目難度中等．