Question

二氧化碳是引起“溫室效應”的主要物質，節(jié)能減排，高效利用能源，能夠減少二氧化碳的排放．
（1）在一定溫度下的2L固定容積的密閉容器中，通入2mol CO₂和3mol H₂，發(fā)生的反應為：CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）△H=-a kJ?mol^-1（a＞0），測得CO₂（g）和CH₃OH（g）的濃度隨時間變化如圖所示．
①能說明該反應已達平衡狀態(tài)的是

 

．
A．CO₂的體積分數在混合氣體中保持不變
B．混合氣體的平均相對分子質量不隨時間的變化而變化
C．單位時間內每消耗1.2mol H₂，同時生成0.4mol H₂O
D．反應中H₂O與CH₃OH的物質的量濃度之比為1：1，且保持不變
②下列措施中能使

n(CH3OH)

n(CO2)

增大的是

 

  （選填編號）．
A．升高溫度      B．恒溫恒容下充入He（g）
C．將H₂O（g）從體系中分離     D．恒溫恒容再充入2mol CO₂和3mol H₂
③計算該溫度下此反應的平衡常數K=

 

．若改變條件

 

（填選項），可使K=1．
A．增大壓強   B．增大反應物濃度  C．降低溫度  D．升高溫度  E．加入催化劑
（2）某甲醇燃料電池原理如圖1所示．

①M區(qū)發(fā)生反應的電極反應式為

 

．
②用上述電池做電源，用圖2裝置電解飽和食鹽水（電極均為惰性電極），則該電解反應的總反應的離子方程式為：

 

．假設溶液體積為300mL，當溶液的pH值變?yōu)?3時（在常溫下測定），理論上消耗甲醇的質量為

 

（忽略溶液體積變化）．
（3）有一種用CO₂生產甲醇燃料的方法：
已知：CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）△H=-a kJ?mol^-1；
CH₃OH（g）=CH₃OH（l）△H=-b kJ?mol^-1；
2H₂（g）+O₂（g）=2H₂O（g）△H=-c kJ?mol^-1；
H₂O（g）=H₂O（l）△H=-d kJ?mol^-1，
則表示CH₃OH（l）燃燒熱的熱化學方程式為：

 

．

Answer 1

考點：化學平衡狀態(tài)的判斷,用蓋斯定律進行有關反應熱的計算,化學電源新型電池,化學平衡的影響因素

專題：化學反應中的能量變化,化學平衡專題,電化學專題

分析：（1）①平衡狀態(tài)的標志可以兩個方兩去判斷，一、是看正逆反應速是否相等，二是各組分的濃度和分數是否隨時間的改變而改變；也可以抓住未平衡時是個變量，現在不變說明已經達到平衡狀態(tài)了，來解決問題；
②根據外界條件的改變來判斷平衡移動方向，然后去分析分子和分母的變化情況；③用三行式來求平衡時的各組分濃度，然后代入平衡常數表達式求解，要注意代入平衡常數表達式是平衡濃度，平衡常數是溫度的函數，溫度變平衡常數才變，到底如何變，還要看反應的熱效應；
（2）①首先根據氫離子的移動方向來確定正負極，然后根據原電池原理，最后書寫電極反應式；
 ②整個電路中轉移電子的數目相等，可以根據電子轉移的數目相同來列出已知物質和未知物質之間關系式，然后通過關系來求解；
（3）應用蓋斯定律解題，始終抓住目標反應和已知反應之間的關系應用數學知識來解．

解答： 解：（1）①未平衡時是個變量，現在不變說明已經達到平衡狀態(tài)了，
A．未平衡CO₂的體積分數是個變化的量，現在混合氣體CO₂的體積分數保持不變，說明已經平衡了，故A正確；
B．未平衡時混合氣體的平均相對分子質量是個變化的量，現在不隨時間的變化而變化，說明已經達平衡狀態(tài)，故B正確；
C．單位時間內每消耗1.2mol H₂，向正方向，同時生成0.4mol H₂O，也向正方向，不能反映正逆反應之間的關系，故C錯誤；
D．反應中H₂O與CH₃OH的物質的量濃度之比為1：1，且保持不變，不能說明各自的量不再隨時間的變化而變化，故C錯誤；
故選AB；
②A．升高溫度，平衡逆向移動，故比值減小，故A不選；
B．恒溫恒容下充入He（g），平衡不移動，故比值不變，故B不選；
C．將H₂O（g）從體系中分離，平衡正向移動，故比值變大，故選C；
D．恒溫恒容再充入2mol CO₂和3mol H₂，相當于增大壓強，平衡正向移動，故比值變大，故選D；
故答案為CD；
③CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）
 初始（mol/L）   1        1.5       0       0
 變化（mol/L）  0.25      0.75     0.25     0.25
 平衡（mol/L）  0.75      0.75     0.25      0.25
   所以      K=

0.25×0.25

0.75×0.753

=0.20，
而平衡常數是溫度的函數，只有通過改變溫度，來改變平衡常數，正反應量放熱反應，降低溫度，K值變大，故答案為：0.20；c；
（2）①M區(qū)是質子流出的一極，應是原電池的負極，發(fā)生氧化反應，電極反應式為：CH₃OH-6e^-+H₂O=CO₂+6H⁺，故答案為：CH₃OH-6e^-+H₂O=CO₂+6H⁺；
 ②用惰性電極，電解飽和食鹽水總的電極反應式為2Cl^-+2H₂O

電解  .

 H₂↑+Cl₂↑+2 OH^-，pH值變?yōu)?3時，pOH=1，C（OH^-）=10^-1mol/L，n（OH^-）=10^-1mol/L×300mL×10^-3L/mL=0.03mol，由方程式CH₃OH-6e^-+H₂O=CO₂+6H⁺，2Cl^-+2H₂O

電解  .

 H₂↑+Cl₂↑+2 OH^- 
可知  CH₃OH～6e^-～6OH^-
       32g        6mol
       m（CH₃OH）  0.03mol
則m（CH₃OH）=32g×0.03mol÷6mol=0.16g，
故答案為：2Cl^-+2H₂O

電解  .

 H₂↑+Cl₂↑+2 OH^-；0.16g；
（3）應用蓋斯定律解題，△H=-△H₁-△H₂+

3

2

△H₃+2△H₄=-（

3

2

c+2d-a-b）kJ?mol^-1，所以CH₃OH（l）燃燒熱的熱化學方程式為CH₃OH（l）+

3

2

O₂（g）=CO₂（g）+2H₂O（l）△H=-（

3

2

c+2d-a-b）kJ?mol^-1，故答案為：CH₃OH（l）+

3

2

O₂（g）=CO₂（g）+2H₂O（l）△H=-（

3

2

c+2d-a-b）kJ?mol^-1

點評：本題考查了化學平衡的有關知識，電極反應式的書寫，以及蓋斯定律的應用，綜合性強，但難度不大．