Question

工業(yè)上一般在恒容密閉容器中可以采用下列反應合成甲醇：

CO（g）+2H₂（g）CH₃OH（g） ΔH

     

圖1 （圖中表示生成1mol物質時的能量）          圖2

（1）根據(jù)圖1請寫出合成甲醇的熱化學方程式                                    

（2）該反應的逆反應速率隨時間變化的關系如上圖2。t₁時改變了某種條件，改變的條件可能是                       。

（3）判斷反應達到平衡狀態(tài)的依據(jù)是       (填字母序號)。

A．2v(H₂)(逆) =v(CO)(正)                    B．混合氣體的密度不變

C．混合氣體的平均相對分子質量不變         D．CH₃OH、CO、H₂的濃度都不再發(fā)生變化

E．容器內CO、H₂、CH₃OH的濃度之比為1:2:1  

（4）在一定溫度下，若將4a mol H₂和2amol CO放入2L的密閉容器中，充分反應后測得CO的轉化率為50％，則該反應的平衡常數(shù)為         。若此時再向該容器中投入a mol CO、2amol H₂和amol CH₃OH，判斷平衡移動的方向是     （“正向移動”“逆向移動”或“不移動”）；與原平衡相比，CO的物質的量濃度    （填“增大”、“不變”或“減小”）。

（5）某甲烷燃料電池是以熔融碳酸鹽為電解質，CH₄為燃料，空氣為氧化劑，稀土金屬材料做電極。為了使該燃料電池長時間穩(wěn)定運行，電池的電解質組成應保持穩(wěn)定，電池工作時必須有部分A物質參加循環(huán)（見圖）。A物質的化學式是_________；該原電池的負極反應式可表示為                          。

 

Answer 1

【答案】

（11分）（1）CO(g) + 2H₂(g)CH₃OH(g) ΔH＝（E₁－E₃）或－（E₃－E₁）kJ?mol^-1

（2分，見錯不得分）

（2）加壓、等倍增加反應物和生成物、增加甲醇濃度、升高溫度、使用催化劑等（1分）（任答一個合理答案給分。注：t₁時刻不能確認是否平衡）

（3）CD（2分，見錯不給分）  （4）（1分）正向移動（1分）增大（1分）

（5）A為CO₂（1分）CH₄+4CO₃^2-－8e^-＝5CO₂+2H₂O （2分）

【解析】

試題分析：（1）根據(jù)圖像可知，反應物的總能量高于生成物的總能量，即該反應是放熱反應，△H＝（E₁－E₃）或－（E₃－E₁）kJ/mol，則該反應的熱化學反應方程式為CO(g) + 2H₂(g)CH₃OH(g) ΔH＝（E₁－E₃）或－（E₃－E₁）kJ/mol。

（2）t₁時逆反應速率突然增大，所以改變的條件可能是加壓、等倍增加反應物和生成物、增加甲醇濃度、升高溫度、使用催化劑等。

（3）在一定條件下，當可逆反應的正反應速率和逆反應速率相等時（但不為0），反應體系中各種物質的濃度或含量不再發(fā)生變化的狀態(tài)，稱為化學平衡狀態(tài)，所以選項D正確。A中反應速率的方向相反，但不能滿足速率之比是相應的化學計量數(shù)之比，不正確。密度是混合氣的質量和容器容積的比值，在反應過程中質量和容積始終是不變的，B不正確；混合氣的平均相對分子質量是混合氣的質量和混合氣的總的物質的量的比值，質量不變，但物質的量是變化的，所以C可以說明。平衡時各種物質的濃度不再發(fā)生變化，但各種的濃度之間不一定滿足某種關系，E不能說明，因此答案選CD。

（4）                CO(g) + 2H₂(g)CH₃OH(g)

起始濃度（mol/L）    a       2a           0

轉化濃度（mol/L）   0.5a     a           0.5a

平衡濃度（mol/L）   0.5a     a           0.5a

所以平衡常數(shù)K＝

若平衡時再向該容器中投入a mol CO、2amol H₂和amol CH₃OH，則此時＜，所以反應向正反應方向進行。由于CO不能完全轉化為生成物，所以與原平衡相比，CO的物質的量濃度增大。

（5）原電池中負極失去電子，正極得到電子，因此甲烷在負極通入，氧氣在正極通入。由于電解質是熔融的碳酸鹽，所以負極和正極的電極反應式分別是CH₄+4CO₃^2-－8e^-＝5CO₂+2H₂O、2O₂＋8e^－＋4CO₂＝4CO₃^2－，這說明A物質的化學式是CO₂。

考點：考查熱化學方程式的書寫、外界條件對反應速率的影響、平衡常數(shù)的有關計算和應用、平衡狀態(tài)的判斷、電極反應式的書寫等

點評：該題是高考中的常見考點和題型，屬于中等難度試題的考查，試題綜合性強，側重對學生能力的培養(yǎng)和解題方法的指導與訓練，旨在考查學生靈活運用基礎知識解決實際問題的能力，有利于培養(yǎng)學生的邏輯推理能力和發(fā)散思維能力，提升學生的學科素養(yǎng)。