Question

【題目】甲醇是重要的化工原料，又可作為燃料。工業(yè)上利用合成氣（主要成分為CO、CO2和H2）在催化劑的作用下合成甲醇，發(fā)生的主反應(yīng)如下：
①CO(g)+2H2(g) CH3OH(g) ΔH1
②CO2(g)+3H2(g) CH3OH（g）+H2O(g) ΔH＝－58 kJ/mol
③CO2(g)+H2(g) CO(g)+H2O(g) ΔH＝＋41 kJ/mol
回答下列問(wèn)題：
（1）已知反應(yīng)①中相關(guān)的化學(xué)鍵鍵能數(shù)據(jù)如下：

化學(xué)鍵	H－H	C－O	C O	H－O	C－H
E/（kJ·mol-1）	436	343	1076	465	x

則x＝。
（2）若將lmol CO2和2mol H2充入容積為2L的恒容密閉容器中，在兩種不同溫度下發(fā)生反應(yīng)②。測(cè)得CH3OH的物質(zhì)的量隨時(shí)間的變化如圖所示。

①曲線I、Ⅱ?qū)��?yīng)的平衡常數(shù)大小關(guān)系為KIKⅡ(填“＞”或“＝”或“＜”)；
②一定溫度下，能判斷該反應(yīng)達(dá)到化學(xué)平衡狀態(tài)的是。
a．容器中壓強(qiáng)不變 b．甲醇和水蒸氣的體積比保持不變
c．v正（H2）＝3v逆（CH3OH） d．2個(gè)C＝O斷裂的同時(shí)有6個(gè)H—H斷裂
③若5min后反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)，H2的轉(zhuǎn)化率為90%，則用CO2表示的平均反應(yīng)速率為 ， 該溫度下的平衡常數(shù)為；若容器容積不變，下列措施可增加甲醇產(chǎn)率的是。
a．縮小反應(yīng)容器的容積 b．使用合適的催化劑
c．充入He d．按原比例再充入CO2和H2
（3）以甲醇為燃料，氧氣為氧化劑，KOH溶液為電解質(zhì)溶液，可制成燃料電池。以此電池作電源，在實(shí)驗(yàn)室中模擬鋁制品表面“鈍化”處理過(guò)程（裝置如圖所示）。其中物質(zhì)b是 ， 陽(yáng)極電極反應(yīng)為。

Answer 1

【答案】
（1）413
（2）＞；ac；0.06mol/（L·min）；450；ad
（3）甲醇（CH3OH）；2Al-6e- +3H2O=A12O3+6H+
【解析】解：（1）已知：
①CO(g)+2H2(g) CH3OH(g) ΔH1
②CO2(g)+3H2(g) CH3OH（g）+H2O(g) ΔH＝－58 kJ/mol
③CO2(g)+H2(g) CO(g)+H2O(g) ΔH＝＋41 kJ/mol
根據(jù)蓋斯定律可知②一③即得到反應(yīng)①的△H1=-99 kJ/mol。根據(jù)表中鍵能可知1076+2×436-3x-343-465=-99，解得x=413。（2）①曲線Ⅱ首先達(dá)到平衡狀態(tài)，說(shuō)明曲線Ⅱ的溫度高于曲線Ⅰ。由于正反應(yīng)是放熱反應(yīng)，升高溫度平衡向逆反應(yīng)方向進(jìn)行，平衡常數(shù)減小，所以對(duì)應(yīng)的平衡常數(shù)大小關(guān)系為KⅠ>KⅡ;②a.正反應(yīng)體積減小，則容器中壓強(qiáng)不變說(shuō)明達(dá)到平衡狀態(tài)，a正確，b根據(jù)方程式可知甲醇和水蒸氣的體積比始終是1:1，不能說(shuō)明達(dá)到平衡狀態(tài)，b錯(cuò)誤v正（H2）＝3v逆（CH3OH）表示正逆反應(yīng)速率相等，達(dá)到平衡狀態(tài)，c正確，d.根據(jù)方程式可知2個(gè)C=O斷裂的同時(shí)一定有6個(gè)H-H斷裂，不能說(shuō)明達(dá)到平衡狀態(tài)，d錯(cuò)誤，答案選ac。
③

	CO2（g）+	3H2（g）	CH3OH（g）+	H2O（g）
起始濃度（mol/L）	0.5	1	0	0
變化濃度（mol/L）	0.3	0.9	0.3	0.3
平衡濃度（0mol/L）	0.2	0.1	0.3	0.3

則用CO2表示的平均反應(yīng)速率為:0.3mol/L÷5min=0.06mol/（L·min）;該溫度下的平衡常數(shù)為0.3×0.3/0.2×0.13=450
a.正反應(yīng)體積減小，縮小反應(yīng)容器的容積平衡向正反應(yīng)方向進(jìn)行，甲醇的產(chǎn)率升高，a正確，
b.使用合適的催化劑平衡不移動(dòng)，產(chǎn)率不變，b錯(cuò)；c容器容積不變，充入He,各物質(zhì)濃度不變，平衡不移動(dòng)，對(duì)產(chǎn)率無(wú)影響，c錯(cuò)誤;d.按原比例再充入CO2和H2相當(dāng)于增大壓強(qiáng)，平衡向正反應(yīng)方向進(jìn)行，甲醇的產(chǎn)率升高，d正確;答案選a。（3）模擬鋁制品表面“鈍化”處理，則電極鋁是陽(yáng)極，與電源的正極相連，所以a物質(zhì)是氧氣，b物質(zhì)是甲醇。鋁為陽(yáng)極，會(huì)發(fā)生氧化反應(yīng)，表面形成氧化膜，必須有水參加，所以電極反應(yīng)式為2Al-6e- +3H2O=A12O3+6H+
【考點(diǎn)精析】解答此題的關(guān)鍵在于理解反應(yīng)熱和焓變的相關(guān)知識(shí)，掌握在化學(xué)反應(yīng)中放出或吸收的熱量，通常叫反應(yīng)熱，以及對(duì)化學(xué)平衡狀態(tài)本質(zhì)及特征的理解，了解化學(xué)平衡狀態(tài)的特征：“等”即 V正=V逆>0；“動(dòng)”即是動(dòng)態(tài)平衡，平衡時(shí)反應(yīng)仍在進(jìn)行；“定”即反應(yīng)混合物中各組分百分含量不變；“變”即條件改變，平衡被打破，并在新的條件下建立新的化學(xué)平衡；與途徑無(wú)關(guān)，外界條件不變，可逆反應(yīng)無(wú)論是從正反應(yīng)開(kāi)始，還是從逆反應(yīng)開(kāi)始，都可建立同一平衡狀態(tài)（等效）．