Question

（14分）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)
（1）判斷反應達到平衡狀態(tài)的依據(jù)是（填字母序號）__________

A．生成CH3OH的速率與消耗CO的速率相等	B．混合氣體的密度不變
C．混合氣體的相對平均分子質(zhì)量不變	D．CH3OH、CO、H2的濃度都不再發(fā)生變化

（2）下表所列數(shù)據(jù)是反應在不同溫度下的化學平衡常數(shù)（K）

溫度	250℃	300℃	350℃
K	2.041	0.270	0.012

 
①該反應化學平衡常數(shù)表達式K=                          
②由表中數(shù)據(jù)判斷該反應的△H__________0（填“>”、“=”或“<”）；
③某溫度下，將2molCO和6mol H₂充入2L的密閉容器中，充分反應后，達到平衡時測得C(CO)=0.2mol·L^-1，此時的溫度為__________
（3）25℃101KPa下，1g液態(tài)甲醇完全燃燒生成CO₂和液態(tài)水時放出熱量22.68kJ，表示甲醇燃燒熱的熱化學方程式為                                   
（4）據(jù)報道，最近摩托羅拉公司研發(fā)了一種由甲醇和氧氣以及強堿做電解質(zhì)溶液的新型手機電池，電量可達現(xiàn)在使用的鎳氫電池或鋰電池的十倍，該電池工作時負極電極反應式為                  。若反應時消耗16g甲醇所產(chǎn)生的電能電解足量的CuSO₄溶液，則將產(chǎn)生標準狀況下的O₂________升

Answer 1

⑴C、 D；⑵①K=c(CH₃OH)/c(CO)·c²(H₂) ； ②△H＜0；③250℃
⑶ CH₃OH(l)+3/2O₂(g)=CO₂(g)+2H₂O(l)  ΔH=－725.76 kJ / mol
⑷ 負極CH₃OH -6e^－+8OH^－=CO₃^2－+6H₂O ； 產(chǎn)生標準狀況下的O₂16.8升

試題分析：A. CH₃OH是生成物，而CO是反應物，在任何時刻都存在生成CH₃OH的速率與消耗CO的速率相等，因此不能作為判斷平衡的標志。錯誤。B. 由于反應是在體積固定的密閉容器中進行，反應前后遵循質(zhì)量守恒定律，所以在無論反應是否達到平衡，混合氣體的密度都不變。因此不能作為判斷平衡的標志。錯誤。C. 由于該反應是個反應前后氣體體積不等的可逆反應，若未達到平衡，氣體的物質(zhì)的量就要發(fā)生變化，則氣體的密度也要發(fā)生變化，即混合氣體的相對平均分子質(zhì)量也要發(fā)生變化。因此混合氣體的相對平均分子質(zhì)量不變。可以作為判斷反應達到平衡的標志。正確。D. 若反應達到平衡，反應混合物中CH₃OH、CO、H₂的任何一個組分的消耗濃度與產(chǎn)生濃度相等，即濃度都不再發(fā)生變化。因此可以作為判斷反應達到平衡的標志。正確。⑵ ①化學平衡常數(shù)是可能反應達到平衡狀態(tài)時各生成物濃度冪指數(shù)的乘積與各反應物濃度冪指數(shù)的乘積的比。所以。②由表中數(shù)據(jù)可知：升高溫度，化學平衡常數(shù)減小。說明升高溫度，化學平衡逆向移動。根據(jù)平衡移動原理：升高溫度化學平衡向吸熱反應方向移動。逆反應方向為吸熱反應方向，所以該反應的正反應為放熱反應，△H＜0。③CO(g)+2H₂(g)CH₃OH(g)在反應開始時c(CO)=1mol/L；c(H₂)=3mol/L；c(CH₃OH)=0mol/L；當反應達到平衡時，C(CO)=0.2mol/L,所以根據(jù)方程式中各種物質(zhì)的關系可知c(H₂)=1.4mol/L；c(CH₃OH)= 0.8mol/L化學平衡常數(shù)所以反應溫度為250℃。（3）燃燒熱是1mol的物質(zhì)完全燃燒產(chǎn)生穩(wěn)定的氧化物時放出的熱量。根據(jù)題目提供的數(shù)據(jù)可知：表示甲醇燃燒熱的熱化學方程式為CH₃OH(l)+3/2O₂(g)=CO₂(g)+2H₂O(l)   ΔH=－725.76 kJ / mol；（4）在燃料電池中，通入燃料的電極為負極，通入氧氣的電極為正極。由于電解質(zhì)為堿性，所以在負極的電極反應式為CH₃OH -6e^－+8OH^－=CO₃^2－+6H₂O。n(CH₃OH)=16g÷32g/mol=0.5mol.所以n(e-)=0.5mol×6=3mol.根據(jù)電子守恒可得n(O₂)=3mol÷4=0.75mol,V(O₂)= 0.75mol×22.4L/mol=16.8L。