Question

5．甲醇是一種可再生能源，具有廣泛的開發(fā)和應(yīng)用前景．工業(yè)上一般可采用如下反應(yīng)來合成甲醇：CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）△H=-a  kJ/mol．  在T℃時，往一個體積固定為1L的密閉容器中加入1mol CO和2mol H₂，反應(yīng)達(dá)到平衡時，容器內(nèi)的壓強(qiáng)是開始時的3/5．
（1）如圖是該反應(yīng)在不同溫度下CO的轉(zhuǎn)化率隨時間變化的曲線．
①a＞0（填“＞”“＜”“=”）．
②下列說法正確的是d（填序號）．
a．1mol CO（g）和2mol H₂（g）所具有的能量小于1mol CH₃OH（g）所具有的能量
b．將1mol CO（g）和2mol H₂（g）置于一密閉容器中充分反應(yīng)后放出a KJ的熱量
c．升高溫度，平衡向逆反應(yīng)移動，上述熱化學(xué)方程式中的a值將減小
d．如將一定量CO（g） 和H₂（g）置于某密閉容器中充分反應(yīng)后放熱aKJ，則此過程中有1molCO（g）被還原．
（2）①上述反應(yīng)達(dá)到平衡時，CO的轉(zhuǎn)化率為60%
②下列選項能判斷該反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)的依據(jù)的有CF
A．2v（H₂）=v（CH₃OH）            B．CO的消耗速率等于CH₃OH的生成速率
C．容器內(nèi)的壓強(qiáng)保持不變      D．混合氣體的密度保持不變
E．混合氣體的顏色保持不變    F．混合氣體的平均相對分子質(zhì)量不隨時間而變化
（3）已知在常溫常壓下：
①2CH₃OH（1）+3O₂（g）=2CO₂（g）+4H₂O（g）△H=-akJ•mol^-1
②2CO（g）+O₂（g）=2CO₂（g）△H=-bkl•mol^-1
③H₂O（g）=H₂O（1）△H=-ckJ•mol^-1
則CH₃OH（1）+O₂（g）═CO（g）+2H₂O（1）△H=$\frac{b-a-4c}{2}$kJ•mol^-1
（4）由甲醇、氧氣和NaOH溶液構(gòu)成的新型手機(jī)電池，可使手機(jī)連續(xù)使用一個月才充一次電．該電池負(fù)極的電極反應(yīng)式為CH₃OH-6e^-+8OH^-=CO₃^2-+6H₂O．

Answer 1

分析 （1）①圖象中先拐先平溫度高，溫度越高CO轉(zhuǎn)化率越小，說明升溫平衡逆向進(jìn)行，正反應(yīng)為放熱反應(yīng)；
②a．反應(yīng)為放熱反應(yīng)，反應(yīng)物能量高于生成物；
b．反應(yīng)是可逆反應(yīng)不能進(jìn)行徹底；
c．反應(yīng)焓變和物質(zhì)能量有關(guān)，與變化過程無關(guān)；
d．如將一定量CO（g） 和H₂（g）置于某密閉容器中充分反應(yīng)后放熱aKJ，是反應(yīng)焓變的數(shù)值，是1molCO完全反應(yīng)放出的熱量；
（2）①化學(xué)平衡三段式列式計算，壓強(qiáng)關(guān)系是氣體物質(zhì)的量的關(guān)系；
②平衡標(biāo)志是正逆反應(yīng)速率相同，各組分含量保持不變，據(jù)此分析選項；
（3）結(jié)合熱化學(xué)方程式和蓋斯定律計算得到所需熱化學(xué)方程式，
①2CH₃OH（l）+3O₂（g）═2CO₂（g）+4H₂O（g）△H═-akJ•mol^-1
②2CO（g）+O₂（g）═2CO₂（g）△H═-bkJ•mol^-1
③H₂O（g）═H₂O（l）△H═-ckJ•mol^-1
依據(jù)蓋斯定律計算，$\frac{①+4×③-②}{2}$得到熱化學(xué)方程式；
（4）甲醇燃料電池甲醇在負(fù)極失電子，堿溶液中生成碳酸鹽，依據(jù)溶液中氫氧根離子配平電荷守恒．

解答 解：（1）①CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）△H=-a kJ/mol．圖象分析可知先拐先平溫度高，溫度越高CO轉(zhuǎn)化率越小，說明升溫平衡逆向進(jìn)行，正反應(yīng)為放熱反應(yīng)，△H＜0，則a＞0，
故答案為：＞；
②CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）△H═-86.6KJ/mol，反應(yīng)是氣體體積減小的放熱反應(yīng)；
a．反應(yīng)為放熱反應(yīng)，1mol CO（g）和2mol H₂（g）所具有的能量大于1mol CH₃OH（g）所具有的能量，故a錯誤；
b．將1mol CO（g）和2mol H₂（g）置于一密閉容器中充分反應(yīng)，反應(yīng)為可逆反應(yīng)不能進(jìn)行徹底，反應(yīng)后放出的熱量小于a KJ，故b錯誤；
c． 為放熱反應(yīng)，升高溫度，平衡向逆反應(yīng)移動，上述熱化學(xué)方程式中的a值是焓變數(shù)值，確定的化學(xué)反應(yīng)，焓變不隨溫度變化，只與起始和終了物質(zhì)能量差有關(guān)，故c錯誤；
d．如將一定量CO（g） 和H₂（g）置于某密閉容器中充分反應(yīng)后放熱aKJ，是反應(yīng)焓變的數(shù)值，則此過程中有1molCO（g）被還原．故d正確；
故答案為：d；
（2）工業(yè)上一般可采用如下反應(yīng)來合成甲醇：CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）△H═-86.6KJ/mol，在T℃時，往一個體積固定為1L的密閉容器中加入Imol CO和2mol H₂，反應(yīng)達(dá)到平衡時，容器內(nèi)的壓強(qiáng)是開始時的$\frac{3}{5}$，依據(jù)化學(xué)平衡三段式列式，設(shè)消耗的一氧化碳物質(zhì)的量為x；
                        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
1-x+2-2x+x=3×$\frac{3}{5}$
x=0.6，
一氧化碳轉(zhuǎn)化率=60%，
故答案為：60%；
②CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）△H═-86.6KJ/mol，反應(yīng)是氣體體積減小的放熱反應(yīng)；
A．反應(yīng)速率之比等于化學(xué)方程式系數(shù)之比，是正反應(yīng)之比，v（H₂）正═2v（CH₃OH）逆，才能說明反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)，故A錯誤；
B．CO的消耗速率等于CH₃OH的生成速率，說明反應(yīng)正向進(jìn)行，不能說明反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)，故B錯誤；
C．反應(yīng)前后氣體物質(zhì)的量改變，容器內(nèi)的壓強(qiáng)保持不變，氣體物質(zhì)的量不變，說明反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)，故C正確；
D．氣體質(zhì)量不變，體積固定，混合氣體的密度保持不變，不能說明反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)，故D錯誤；
E．混合氣體都是無色氣體，顏色保持不變不能說明反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)，故E錯誤；
F．氣體質(zhì)量不變，物質(zhì)的量變化，混合氣體的平均相對分子質(zhì)量不隨時間而變化，說明反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)，故F正確；
故答案為：CF；
（3）①2CH₃OH（l）+3O₂（g）═2CO₂（g）+4H₂O（g）△H═-akJ•mol^-1
②2CO（g）+O₂（g）═2CO₂（g）△H═-bkJ•mol^-1
③H₂O（g）═H₂O（l）△H═-ckJ•mol^-1
依據(jù)蓋斯定律計算，$\frac{①+4×③-②}{2}$得到熱化學(xué)方程式：CH₃OH（l）+O₂（g）═CO（g）+2H₂O（l）△H═$\frac{b-a-4c}{2}$KJ/mol；
故答案為：$\frac{b-a-4c}{2}$；
（4）燃料電池，電池的一個電極通 入空氣，另一個電極通入甲醇?xì)怏w，電解質(zhì)是氫氧化鈉溶液，根據(jù)原電池原理，正極電極反應(yīng)是O₂得到電子生成氫氧根離子^-：O₂+2H₂O+4e^-=4OH^-，負(fù)極電極反應(yīng)：CH₃OH-6e^-+8OH^-=CO₃^2-+6H₂O；
故答案為：CH₃OH-6e^-+8OH^-=CO₃^2-+6H₂O．

點評 本題考查了化學(xué)平衡影響因素、平衡轉(zhuǎn)化率計算、熱化學(xué)方程式書寫、原電池電極反應(yīng)和蓋斯定律計算應(yīng)用，電解池中電子守恒的計算分析，掌握基礎(chǔ)是關(guān)鍵，題目難度中等．