Question

制取甲醇的方法很多，請根據(jù)以下材料回答相應(yīng)問題．
【方法一】利用工業(yè)廢氣中的CO₂制取甲醇．
已知a．CO（g）+H₂O（g）?CO₂（g）+H₂（g）△H═-41kJ?mol^-1 
b．部分物質(zhì)的反應(yīng)能量變化如圖Ⅰ：

（1）寫出由CO₂（g）與H₂（g）制取CH₃OH（g）和H₂O（g）的熱化學(xué)方程式

 

．
【方法二】如圖Ⅱ所示，利用原電池原理將CO轉(zhuǎn)化為甲醇．
（2）該電池中正極的電極反應(yīng)式為

 

．
【方法三】在恒容密閉容器中，用ZnO-Cr₂O₃作催化劑，于一定溫度和壓強下，用反應(yīng)．CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）生產(chǎn)甲醇．
（3）一定溫度下，在體積為2L的密閉容器中充入H₂和CO合成CH₃OH，各組份的物質(zhì)的量濃度隨時間的變化情況如表所示：

反應(yīng)時間/min 物質(zhì)的量濃度/mol?L-1	0	3	10	12
C（H2）	2
C（CO）		0.500	0.250	0.250
C（CH3OH）	0	0.500	0.750	0.750

①0～10min，v（H₂）=

 

，該溫度下此反應(yīng)的化學(xué)平衡常數(shù)為

 

，平衡時容器內(nèi)的壓強與起始壓強比為

 

．
②下列說法正確的是

 

（填字母序號）
a．其它條件不變，增大CO的濃度，H₂的轉(zhuǎn)化率最大
b．當(dāng)容器內(nèi)混合氣體密度不再發(fā)生變化時，反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)
c．使用催化劑（Z_nO-Cr₂O₃）的目的是為了使v_d＞v_逆
③12min時，若將容器的體積縮小為原來的一半且其它條件不變，16min時反應(yīng)重新達(dá)到平衡，此時c（CH₃OH）=1.674mol?L^-1，c（H₂）=0.652mol?L^-1，請在圖中用曲線表示12min～18min階段c（CO）隨時間變化的趨勢，并在縱軸上標(biāo)注c（CO）起點及終點的值．

Answer 1

考點：熱化學(xué)方程式,化學(xué)電源新型電池,物質(zhì)的量或濃度隨時間的變化曲線

專題：基本概念與基本理論

分析：（1）已知CO（g）+H₂O（g）?CO₂（g）+H₂（g）△H═-41kJ?mol^-1，由圖象寫出CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）（g）△H=419-501=-91kJ?mol^-1，根據(jù)蓋斯定律構(gòu)建目標(biāo)方程式，計算反應(yīng)熱；
（2）正極上CO得電子與氫離子結(jié)合生成甲醇；
（3）①依據(jù)三段式和已知數(shù)據(jù)求出反應(yīng)的氫氣的濃度和平衡時各物質(zhì)的濃度再求算；
②a．其它條件不變，增大一種反應(yīng)物的濃度，平衡正移，另一種反應(yīng)物的轉(zhuǎn)化率最大；
b．氣體的體積不變，質(zhì)量守恒，則密度不變；
c．使用催化劑正逆反應(yīng)速率都增大，平衡不移動；
③12min時，若將容器的體積縮小為原來的一半且其它條件不變，則瞬間各物質(zhì)的濃度變?yōu)樵瓉淼?倍，壓強增大，平衡正向移動，CO逐漸減少，甲醇逐漸增多，16min時反應(yīng)重新達(dá)到平衡，結(jié)合數(shù)據(jù)畫出圖象．

解答： 解：（1）已知CO（g）+H₂O（g）?CO₂（g）+H₂（g）△H═-41kJ?mol^-1①，
由圖象寫出CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）（g）△H=419-501=-91kJ?mol^-1②，
根據(jù)蓋斯定律：方程②-①得CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）△H=-50kJ?mol^-1；
故答案為：CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）△H=-50kJ?mol^-1；
（2）正極上CO得電子與氫離子結(jié)合生成甲醇，則正極的電極方程式為：CO+4e^-+4H⁺=CH₃OH；
故答案為：CO+4e^-+4H⁺=CH₃OH；
（3）①已知開始時C（H₂）=2mol/L，設(shè)C（CO）為amol/L，轉(zhuǎn)化的CO為xmol/L
則            CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）
開始（mol/L）：a       2          0
反應(yīng)（mol/L）：x       2x          x
平衡（mol/L）：a-x     2-2x        x
已知平衡時甲醇為0.750mol/L，CO為0.25mol/L，則x=0.750，a=1mol/L，
0～10min，v（H₂）=

2×0.750mol/L

10min

=0.15mol/（L?min），
K=

c(CH3OH)

c(CO)?c2(H2)

=

0.75

0.25×0．52

=12；
壓強之比等于物質(zhì)的量濃度之比，則平衡時容器內(nèi)的壓強與起始壓強比為

0.25+0.5+0.75

1+2

=

1

2

；
故答案為：0.15mol/（L?min）；12；

1

2

；
②a．其它條件不變，增大一種反應(yīng)物的濃度，平衡正移，另一種反應(yīng)物的轉(zhuǎn)化率最大，則增大CO的濃度，H₂的轉(zhuǎn)化率最大，故正確；
b．氣體的體積不變，質(zhì)量守恒，則混合氣體的密度始終不變，所以不能判斷平衡狀態(tài)，故錯誤；
c．使用催化劑正逆反應(yīng)速率都增大，平衡不移動，所以加催化劑后v_正=v_逆，故錯誤；
故答案為：a；
③12min時，若將容器的體積縮小為原來的一半且其它條件不變，則瞬間各物質(zhì)的濃度變?yōu)樵瓉淼?倍，則12min時c（CO）=0.5mol?L^-1；壓強增大，平衡正向移動，CO逐漸減少，甲醇逐漸增多，16min時反應(yīng)重新達(dá)到平衡，c（CH₃OH）=1.674mol?L^-1，c（H₂）=0.652mol?L^-1，CO的濃度減少量等于CH₃OH濃度增加量，則16min時c（CO）=0.500-（1.674-1.500）=0.326mol?L^-1，畫出圖象為；
故答案為：．

點評：本題考查了化學(xué)反應(yīng)與能量、蓋斯定律的應(yīng)用、化學(xué)反應(yīng)速率、化學(xué)平衡常數(shù)概念分析計算等，把握影響因素、K的計算方法和平衡標(biāo)志的判斷是解題關(guān)鍵，題目難度中等．