Question

Ⅰ：工業(yè)上用CO₂和H₂在一定條件發(fā)生如下反應(yīng)合成甲醇并放出大量的熱：CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+、H₂O（g）△H₁ 回答下列問題．
（1）已知：2H₂（g）+O₂（g）=2H₂O（g）△H₂
則反應(yīng)2CH₃OH（g）+3O₂（g）=2CO₂（g）+4H₂O（g）△H=

 

（用含△H₁、△H₂表示）
（2）若反應(yīng)溫度升高，CO₂的轉(zhuǎn)化率

 

 （填“增大”“減小”或“不變”）．
（3）寫出在酸性環(huán)境中，甲醇燃料電池中的正極反應(yīng)方程式

 

Ⅱ：生產(chǎn)甲醇的原料H₂可用如下方法制得：CH₄（g）+H₂O（g）?CO（g）+3H₂（g），一定溫度下，將2mol CH₄和4mol H₂O通入容積為10L的密閉反應(yīng)室中，反應(yīng)中CO的物質(zhì)的量濃度的變化情況如圖所示，請回答下列問題：
（4）反應(yīng)進行到4分鐘到達平衡．請計算從反應(yīng)開始到剛剛平衡，平均反應(yīng)速率v（H₂）為

 

；并求此反應(yīng)在此溫度下的平衡常數(shù)（在答題卡對應(yīng)的方框內(nèi)寫出計算過程）．
（5）在第5分鐘時將容器的體積瞬間縮小一半后，若在第8分鐘時達到新的平衡（此時CO的濃度約為0.25mol?L^-1），請在圖中畫出第5分鐘后H₂濃度的變化曲線．

Answer 1

考點：用蓋斯定律進行有關(guān)反應(yīng)熱的計算,化學(xué)平衡的影響因素,化學(xué)平衡的計算

專題：化學(xué)反應(yīng)中的能量變化,化學(xué)平衡專題

分析：Ⅰ（1）根據(jù)已知方程利用蓋斯定律計算2CH₃OH（g）+3O₂（g）=2CO₂（g）+4H₂O（g）△H；
（2）根據(jù)溫度對平衡的影響分析；
（3）甲醇燃料電池，甲醇在負極失電子發(fā)生氧化反應(yīng)，氧氣在正極放電，酸性條件下生成水；
Ⅱ（4）根據(jù)圖示可知4min反應(yīng)達到平衡，平衡時CO的濃度為0.10mol/L，先計算用CO表示的速率，根據(jù)速率關(guān)系計算用氫氣表示的速率；列出平衡濃度代入平衡常數(shù)表達式計算平衡常數(shù)；
（5）在第5分鐘時將容器的體積瞬間縮小一半后，若在第8分鐘時達到新的平衡（此時NO的濃度約為0.25mol?L^-1），圖象起點標(biāo)對，拐點、平臺、走勢是繪制關(guān)鍵；先判斷把容器的體積縮小一半的瞬間氫氣的濃度，再結(jié)合平衡時的濃度作圖．

解答： 解：Ⅰ（1）①CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+、H₂O（g）△H₁ 
②2H₂（g）+O₂（g）=2H₂O（g）△H₂
根據(jù)蓋斯定律，②×3-①×2得：2CH₃OH（g）+3O₂（g）=2CO₂（g）+4H₂O（g）△H=3△H₂-2△H₁  
故答案為：3△H₂-2△H₁；
 （2）合成甲醇為放熱反應(yīng)，升高溫度，平衡向吸熱反應(yīng)即逆反應(yīng)方向移動，故二氧化碳的轉(zhuǎn)化率減��；
故答案為：減��；
  （3）甲醇燃料電池，甲醇在負極失電子發(fā)生氧化反應(yīng)，氧氣在正極放電，酸性條件下生成水，正極電極反應(yīng)式為：O₂+4e^-+4H⁺═2H₂O，
故答案為：O₂+4e^-+4H⁺═2H₂O；
Ⅱ（4）根據(jù)圖示可知4min反應(yīng)達到平衡，平衡時CO的濃度為0.10mol/L，v（CO）=

0.1mol/L

4min

=0.025mol?L^-1?min^-1，
v（H₂）=3v（CO）=0.025mol?L^-1?min^-1×3=0.075 mol?L^-1?min^-1；
                CH₄（g）+H₂O（g）?CO（g）+3H₂（g）
起始（mol?L^-1）  0.2      0.4
變化（mol?L^-1）  0.1      0.1         0.1      0.3
平衡（mol?L^-1）  0.1      0.3         0.1      0.3
K=

c(CO)．c3(H2)

c(CH4)?c(H2O)

=

0.1×0．33

0.1×0.3

=0.09   
故答案為：0.075 mol?L^-1?min^-1；0.09；
（5）把容器的體積縮小一半的瞬間CO的濃度變?yōu)?.20mol/L，氫氣的濃度變?yōu)?.6mo/L，8min平衡后濃度CO濃度約為0.25mol/L，則
氫氣濃度約為：0.75mol/L，第5分鐘后H₂濃度的變化曲線圖象為：；
故答案為：．

點評：本題考查蓋斯定律的應(yīng)用、電極反應(yīng)式的書寫及化學(xué)反應(yīng)速率的計算、平衡常數(shù)的計算、影響化學(xué)平衡的因素等知識，題目難度中等，注意掌握化學(xué)平衡、化學(xué)反應(yīng)速率的概念及影響因素，畫圖時要注意5min時氫氣的濃度和8min時氫氣的濃度兩個關(guān)鍵點．