Question

【題目】甲醇是一種重要的可再生能源．

(1)利用二氧化碳合成甲醇來替代汽油。

已知：2CH3OH(l) +3O2(g)＝4H2O(l)+2CO2(g) △H＝—1453.0 kJ／mol，2H2(g) + O2(g)＝2H2O(l) △H＝—571.6 kJ／mol

計(jì)算CO2(g)+3H2(g) ＝CH3OH(l)+ H2O(l)的反應(yīng)熱△H＝___________ kJ／mol。

(2)下圖是反應(yīng)CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)中CO和CH3OH(g)的物質(zhì)的量濃度隨時(shí)間(t)的變化曲線．從反應(yīng)開始至達(dá)到平衡時(shí)，用H2表示的反應(yīng)速率v(H2)=______________．

(3)在一恒容的密閉容器中充入1mol CO和2mol H2，發(fā)生反應(yīng)CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)△H并達(dá)到平衡，CO的平衡轉(zhuǎn)化率隨溫度(T)、壓強(qiáng)(P)的變化曲線如圖所示．

①能判斷該反應(yīng)達(dá)到化學(xué)平衡狀態(tài)的是_____(填選項(xiàng)字母)．

A．H2的消耗速率等于CH3OH的生成速率的2倍

B．H2的體積分?jǐn)?shù)不再改變

C．H2的轉(zhuǎn)化率和CO的轉(zhuǎn)化率相等

D．混合氣體的平均相對(duì)分子質(zhì)量不再改變

②比較平衡常數(shù)KA、KB、KC的大小：____________

(4)在容積均為V L的甲、乙、丙三個(gè)密閉容器中分別充入amol CO和2a mol H2，三個(gè)容器的反應(yīng)溫度分別為T1、T2、T3且恒定不變，在其他條件相同的情況下，實(shí)驗(yàn)測(cè)得反應(yīng)均進(jìn)行到t min時(shí)CO的體積分?jǐn)?shù)如圖所示，此時(shí)三個(gè)容器中一定處在化學(xué)平衡狀態(tài)的是________(填“T1”或“T2” 或“T3”)；

(5)電化學(xué)在我們的生產(chǎn)生活中占有越來越重要的地位。

①燃料電池是一種綠色環(huán)保、高效的化學(xué)電源。圖為甲醇燃料電池，則負(fù)極反應(yīng)式為_____________。

②用甲醇燃料電池電解300mL飽和食鹽水(惰性電極)，則電解的離子方程式為____________________，電解一段時(shí)間后，當(dāng)溶液的pH值為13時(shí)，消耗O2的質(zhì)量為_______g。(忽略溶液體積變化)

Answer 1

【答案】-130.9 0.15mol/(L·min) BD KA=KB>KC T3 CH3OH – 6e-+ 8OH- = CO32- + 6H2O 2Cl-+2H2O2OH-+Cl2↑+H2↑ 0.24

【解析】

（1）根據(jù)蓋斯定律，由已知方程式構(gòu)建目標(biāo)方程式可得到CO2與H2反應(yīng)生成CH3OH的熱化學(xué)反應(yīng)方程式；

（2）根據(jù)化學(xué)反應(yīng)速率是υ（H2）=2υ（CH3OH）計(jì)算；

（3）①平衡標(biāo)志是正逆反應(yīng)速率相同，各成分濃度保持不變分析判斷選項(xiàng)；

②平衡常數(shù)只與溫度有關(guān)，A、B兩點(diǎn)溫度相同，平衡常數(shù)相同，由圖可知，溫度T1＜T2，平衡時(shí)B點(diǎn)CO轉(zhuǎn)化率更高，則降低溫度平衡向正反應(yīng)方向移動(dòng)，K值增大；

（4）根據(jù)題中所給的圖像進(jìn)行分析；

（5）①分析元素化合價(jià)的變化可確定通入CH3OH的一極為負(fù)極，據(jù)此寫出電極方程式；

②分析兩個(gè)反應(yīng)中的電子轉(zhuǎn)移數(shù)目，結(jié)合甲醇燃料電池與電解池電子得失守恒找出關(guān)系式解答。

（1）已知：2CH3OH(l) +3O2(g)＝4H2O(l)+2CO2(g) △H＝-1453.0kJ/mol，2H2(g) + O2(g)＝2H2O(l) △H＝-571.6kJ/mol，根據(jù)蓋斯定律，由②×3/2-①×1/2得：CO2(g)+3H2(g) ＝CH3OH(l)+ H2O(l) △H=(-571.6 kJ/mol )×3/2-(-1453.0kJ/mol) ×1/2=-130.9kJ/mol，故答案為：-130.9。

（2）υ（CH3OH）=△c/△t=0.75mol/L÷10min =0.075mol/（L·min），故υ（H2）=2υ（CH3OH）=0.15mol/（L·min），故答案為：0.15mol/（L·min）。

（3）①A.H2的消耗速率等于CH3OH的生成速率的2倍，都是指正反應(yīng)方向，不能說明正逆反應(yīng)速率相等，不一定平衡，故A錯(cuò)誤；

B.H2的體積分?jǐn)?shù)不再改變是化學(xué)平衡的特征，達(dá)到了平衡，故B正確；
C.體系中H2的轉(zhuǎn)化率和CO的轉(zhuǎn)化率相等，不能說明正逆反應(yīng)速率相等，不一定平衡，故C錯(cuò)誤；

D.混合氣體的平均相對(duì)分子質(zhì)量等于質(zhì)量和物質(zhì)的量的比值，物質(zhì)的量變化，質(zhì)量不變，所以當(dāng)體系中氣體的平均相對(duì)分子質(zhì)量不再改變，證明達(dá)到了平衡，故D正確。

故答案為：BD。

②平衡常數(shù)只與溫度有關(guān)，A、B兩點(diǎn)溫度相同，平衡常數(shù)相同，則KA=KB；由圖可知，B、C兩點(diǎn)壓強(qiáng)相同，平衡時(shí)B點(diǎn)CO轉(zhuǎn)化率更高，又溫度T1＜T2，則降低溫度平衡向正反應(yīng)方向移動(dòng)，K值增大，則KB＞KC，故答案為：KA=KB＞KC。

（4）已知CO(g)+2H2(g)CH3OH(g) △H＜0，該反應(yīng)正反應(yīng)為放熱反應(yīng)，根據(jù)圖中T1、T2、T3的圖像，CO百分含量由小到大依次為：T3＞T1＞T2，T1中的狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)?/span>T2中的狀態(tài)，CO的百分含量減小，說明平衡正向移動(dòng)，說明T1為達(dá)到平衡狀態(tài)，T2中的狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)?/span>T3中的狀態(tài)，CO的百分含量增大，說明平衡逆向移動(dòng)，說明T2可能達(dá)到平衡狀態(tài)，一定達(dá)到平衡狀態(tài)的是T3，故答案為：T3。

（5）①圖示為甲醇燃料電池，電解質(zhì)為KOH溶液，CH3OH中碳元素的化合價(jià)由-2價(jià)升高到CO32-中的+4價(jià)，失去電子，所以通入CH3OH的一極是負(fù)極，負(fù)極反應(yīng)式為：CH3OH-6e-+8OH-=CO32-+6H2O，故答案為：CH3OH-6e-+8OH-=CO32-+6H2O。

②電解飽和食鹽水是生成氫氧化鈉、氫氣和氯氣，其離子方程式為：2Cl-+2H2O2OH-+Cl2↑+H2↑，電解一段時(shí)間后，溶液的pH值為13，則溶液中的c(H+)=10-13mol/L，則電解生成的NaOH的物質(zhì)的量濃度c(NaOH)=c(OH-)=Kw/c(H+)=10-14/10-13/span>=0.1mol/L，即生成NaOH的物質(zhì)的量為0.1mol/L×0.3L=0.03mol，根據(jù)甲醇燃料電池與電解池電子得失守恒有：CH3OH～3/2O2～6e-～6NaOH，則消耗氧氣的質(zhì)量m(O2)=1/4n(NaOH)×M(O2)=1/4×0.03mol×32g/mol=0.24g，故答案為：0.24。