Question

10．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(lái)生產(chǎn)燃料甲醇的反應(yīng)原理，現(xiàn)進(jìn)行如下實(shí)驗(yàn)：在體積為1L的密閉容器中，充入1mol CO₂和3mol H₂，一定條件下發(fā)生反應(yīng)：
CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）△H=-49.0kJ•mol^-1T₁溫度下，測(cè)得CO₂和CH₃OH（g）的濃度隨時(shí)間變化如圖．
請(qǐng)回答：
①?gòu)姆磻?yīng)開(kāi)始到平衡，氫氣的反應(yīng)速率v（H₂）=0.225mol•L^-1•min^-1．
②能夠說(shuō)明該反應(yīng)已達(dá)到平衡的是A（填字母序號(hào)，下同）．
A．恒溫、恒容時(shí)，容器內(nèi)的壓強(qiáng)不再變化
B．恒溫、恒容時(shí)，容器內(nèi)混合氣體的密度不再變化
C．一定條件下，CO₂、和CH₃OH的濃度相等
D．一定條件下，單位時(shí)間內(nèi)消耗3mol H₂的同時(shí)生成1mol CH₃OH
③下列措施中能使平衡混合物中$\frac{n（C{H}_{3}OH）}{n（C{O}_{2}）}$增大的是D．
A．加入催化劑        B．充入He（g），使體系壓強(qiáng)增大
C．升高溫度          D．將H₂O（g）從體系中分離
④求此溫度（T₁）下該反應(yīng)的平衡常數(shù)K₁=5.33（計(jì)算結(jié)果保留三位有效數(shù)字）．
⑤另在溫度（T₂）條件下測(cè)得平衡常數(shù)K₂，已知T₂＞T₁，則K₂＜K₁（填“＞”、“=”或“＜”）．
（2）已知在常溫常壓下：
①2CH₃OH（l）+3O₂（g）═2CO₂（g）+4H₂O（g）△H₁
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(shí)反應(yīng)的△H=$\frac{△{H}_{1}-△{H}_{2}}{2}$（用含△H₁、△H₂的式子表示）．
（3）用甲醇在熔融的碳酸鹽中也可制作成燃料電池，該燃料電池的正極通入的物質(zhì)是O₂、CO₂（填化學(xué)式）

Answer 1

分析 （1）①由圖可知，10min到達(dá)平衡，平衡時(shí)甲醇的濃度變化為0.75mol/L，由方程式可知?dú)錃獾臐舛茸兓�等于甲醇的濃度變化�?倍為2.25mol/L，結(jié)合v=$\frac{△c}{△t}$計(jì)算；
②可逆反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)時(shí)，正逆反應(yīng)速率相等（同種物質(zhì)）或正逆反應(yīng)速率之比等于系數(shù)之比（不同物質(zhì)），平衡時(shí)各種物質(zhì)的物質(zhì)的量、濃度等不再發(fā)生變化，由此衍生的一些物理量不變；
③使平衡混合物中$\frac{n（C{H}_{3}OH）}{n（C{O}_{2}）}$增大應(yīng)使平衡向正反應(yīng)方向移動(dòng)；
④K為生成物濃度冪之積與反應(yīng)物濃度冪之積的比，結(jié)合平衡濃度計(jì)算；
⑤該反應(yīng)為放熱反應(yīng)，升高溫度，平衡逆向移動(dòng)；
（2）由蓋斯定律可知，①-②得到2CH₃OH（l）+2O₂（g）═2CO（g）+4H₂O（g）；
（3）用甲醇在熔融的碳酸鹽中也可制作成燃料電池，負(fù)極上甲醇失去電子，正極上氧氣得到電子，且生成碳酸根離子．

解答 解：：（1）①由圖可知，10min到達(dá)平衡，平衡時(shí)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，氫氣的反應(yīng)速率v（H₂）=$\frac{2.25mol/L}{10min}$=0.225 mol•L^-1•min^-1，
故答案為：0.225 mol•L^-1•min^-1；
②A．反應(yīng)前后氣體的體積不等，所以壓強(qiáng)一直在變，則當(dāng)壓強(qiáng)不變時(shí)能說(shuō)明達(dá)到平衡，故A正確；
B．反應(yīng)前后質(zhì)量不變，體積也不變，所以密度一直不變，則混合氣體的密度不再變化不能說(shuō)明達(dá)到平衡，故B錯(cuò)誤；
C．CO₂、CH₃OH的濃度相等，不能判斷是否達(dá)到平衡，與轉(zhuǎn)化率、起始量有關(guān)，故C錯(cuò)誤；
D．單位時(shí)間內(nèi)消耗3molH₂的同時(shí)生成1molCH₃OH，都是指正反應(yīng)方向，不能說(shuō)明達(dá)到平衡，故D錯(cuò)誤；
故答案為：A；
③要使$\frac{n（C{H}_{3}OH）}{n（C{O}_{2}）}$增大，應(yīng)使平衡向正反應(yīng)方向移動(dòng)，
A．加入催化劑，平衡不移動(dòng)，$\frac{n（C{H}_{3}OH）}{n（C{O}_{2}）}$不變，故A錯(cuò)誤；
B．充入He（g），使體系壓強(qiáng)增大，但對(duì)反應(yīng)物質(zhì)來(lái)說(shuō)，濃度沒(méi)有變化，平衡不移動(dòng)，$\frac{n（C{H}_{3}OH）}{n（C{O}_{2}）}$不變，故B錯(cuò)誤；
C．因正反應(yīng)放熱，升高溫度平衡向逆反應(yīng)方向移動(dòng)，則$\frac{n（C{H}_{3}OH）}{n（C{O}_{2}）}$減小，故C錯(cuò)誤；
D．將H₂O（g）從體系中分離，平衡向正反應(yīng)方法移動(dòng)，$\frac{n（C{H}_{3}OH）}{n（C{O}_{2}）}$增大，故D正確；
故答案為：D；
④K為生成物濃度冪之積與反應(yīng)物濃度冪之積的比，則K=$\frac{c（C{H}_{3}OH）×c（{H}_{2}O）}{c（C{O}_{2}）×{c}^{3}（{H}_{2}）}$，
        CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）
開(kāi)始 1                3                  0               
轉(zhuǎn)化  0.75           2.25            0.75            0.75
平衡  0.25          0.75             0.75            0.75
體積為1L的密閉容器，平衡濃度分別為0.25mol/L、0.75mol/L、0.75mol/L、0.75mol/L，
K=$\frac{0.75×0.75}{0.25×（0.75）^{3}}$=5.33，
故答案為：5.33；
⑤該反應(yīng)為放熱反應(yīng)，升高溫度，平衡逆向移動(dòng)，T₂＞T₁，則K₂＜K₁，故答案為：＜；
（2）①2CH₃OH（l）+3O₂（g）═2CO₂（g）+4H₂O（g）△H₁
②2CO（g）+O₂（g）═2CO₂（g）△H₂
由蓋斯定律可知，①-②得到2CH₃OH（l）+2O₂（g）═2CO（g）+4H₂O（g），
則1mol甲醇不完全燃燒生成一氧化碳和氣態(tài)水時(shí)反應(yīng)的△H=$\frac{△{H}_{1}-△{H}_{2}}{2}$，
故答案為：$\frac{△{H}_{1}-△{H}_{2}}{2}$；
（3）用甲醇在熔融的碳酸鹽中也可制作成燃料電池，負(fù)極上甲醇失去電子，正極上氧氣得到電子，且生成碳酸根離子，則該燃料電池的正極通入的物質(zhì)是O₂、CO₂，故答案為：O₂、CO₂．

點(diǎn)評(píng) 本題考查物質(zhì)的量濃度隨時(shí)間的變化，為高頻考點(diǎn)，把握?qǐng)D中物質(zhì)的量濃度變化、K的計(jì)算、平衡判定、焓變計(jì)算為解本題關(guān)鍵，側(cè)重分析與應(yīng)用能力的考查，綜合性較強(qiáng)，題目難度不大．