Question

【題目】目前工業(yè)上有一種方法是用CO2生產(chǎn)燃料甲醇(CH3OH)。反應(yīng)的化學(xué)方程式為：CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)，該反應(yīng)的能量變化如圖所示：

(1)該反應(yīng)是__反應(yīng)(填“吸熱”或“放熱”)，判斷的理由是___。

(2)某溫度時(shí)，在體積為2L的密閉容器中，充入1molCO2和3molH2，測(cè)得CO2的物質(zhì)的量隨時(shí)間變化如下表所示：

時(shí)間/min	0	2	5	10	15
n(CO2)/mol	1	0.85	0.7	0.25	0.25

從反應(yīng)開始到5min末，用CO2表示的該反應(yīng)的平均速率為__；反應(yīng)達(dá)平衡時(shí)，H2的轉(zhuǎn)化率為__；要提高此反應(yīng)的速率，可以采取___措施(填寫2條)。

(3)若維持(2)的條件不變，能說(shuō)明該反應(yīng)已達(dá)平衡狀態(tài)的是__(填序號(hào))。

A.v生成(CH3OH)=v消耗(CO2)

B.CO2、H2、CH3OH、H2O濃度相等的狀態(tài)

C.CO2、H2、CH3OH、H2O總物質(zhì)的量保持不變的狀態(tài)

D.CO2的轉(zhuǎn)化率保持不變的狀態(tài)

(4)依據(jù)原電池原理，將甲醇設(shè)計(jì)成燃料電池如圖：

則a為__極(填“正”或“負(fù)”)；H+從__極區(qū)向__極區(qū)遷移(用圖中字母填)；b極上O2發(fā)生反應(yīng)電極反應(yīng)式為：__。

Answer 1

【答案】放熱 反應(yīng)物的總能量大于生成物的總能量 0.03mol/(L·min) 75% 升溫，使用催化劑，加壓等 CD 負(fù) a b O2+4e-+4H+=2H2O

【解析】

(2)根據(jù)計(jì)算反應(yīng)速率；轉(zhuǎn)化率=；

(3)化學(xué)反應(yīng)達(dá)到化學(xué)平衡狀態(tài)時(shí)，正逆反應(yīng)速率相等，且不等于0，各物質(zhì)的濃度不再發(fā)生變化，由此衍生的一些物理量不發(fā)生變化，以此進(jìn)行判斷；

(4)甲醇燃料電池中甲醇被氧氣氧化，所以a電極為負(fù)極，b電極為正極。

(1)根據(jù)能量變化圖可知反應(yīng)物的總能量大于生成物的總能量，所以該反應(yīng)為放熱反應(yīng)；

(2)根據(jù)表格數(shù)據(jù)可知5min末△n(CO2)=1mol-0.7mol=0.3mol，容器的體積為2L，所以v(CO2)==0.03mol/(L·min)；根據(jù)表格數(shù)據(jù)10min后二氧化碳的物質(zhì)的量不再變化，說(shuō)明此時(shí)反應(yīng)達(dá)到平衡，該時(shí)段內(nèi)△n(CO2)=1mol-0.25mol=0.75mol，根據(jù)反應(yīng)方程式可知該時(shí)段內(nèi)△n(H2)=0.75mol×3=2.25mol，所以氫氣的轉(zhuǎn)化率為=75%；

(3)A．反應(yīng)平衡時(shí)正逆反應(yīng)速率相等，v生成(CH3OH)和v消耗(CO2)描述的都是正反應(yīng)速率，只要反應(yīng)進(jìn)行，二者就相等，故A不能說(shuō)明達(dá)到平衡；

B．平衡時(shí)各物質(zhì)的濃度不再改變，但不一定相等，故B不能說(shuō)明反應(yīng)達(dá)到平衡；

C．該反應(yīng)前后氣體系數(shù)之和不相等，所以未平衡時(shí)，氣體的總物質(zhì)的量會(huì)變，故C能說(shuō)明反應(yīng)平衡；

D．CO2的轉(zhuǎn)化率保持不變說(shuō)明其濃度不再改變，故D能說(shuō)明反應(yīng)平衡；

綜上所述選CD；

(4)根據(jù)分析可知a為負(fù)極；原電池中氫離子從負(fù)極遷移到正極，即從a極區(qū)向b極區(qū)遷移；通入氧氣的一極發(fā)生還原反應(yīng)，與氫離子結(jié)合生成水，所以電極反應(yīng)式為O2+4e-+4H+=2H2O。