Question

18．CO₂是引起“溫室效應”的主要物質，節能減排，高效利用化石能源，控制CO₂排放，探索CO的循環利用是保護環境，促進經濟科持續發展的重要舉措．
（1）在一定溫度下，向2L固定容積的密閉容器中通入2mol CO₂，3mol H₂，發生反應為：CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）△H=-490KI/mol
測得CO₂（g）和CH₃OH（g）的濃度隨時間變化如圖1所示．

①能說明該反應已達到平衡狀態的是A
A．CO₂（g）體積分數在混合氣體中保持不變
B．單位時間內有1.2mol H-H斷裂，同時有0.8mol O-H鍵生成
C．混合氣體的密度不隨時間變化
D．當體系中c（H₂O）：c（CH₃OH）=l：l，且保持不變
②下列措施能使$\frac{n（C{H}_{3}OH）}{n（C{O}_{2}）}$增大的是CD
A．升高溫度   B．恒溫恒容充入Hc（g）   C．使H₂O（g）變成H₂O（l）
D．恒溫恒容下，再充入2mol CO₂，3mol H₂
③計算該溫度下此反應的平衡常數K=0.2；若使K=1應采取的措施是D
A．增大壓強B．恒壓加入一定量H₂C．恒容通入CO₂D．降低溫度E．升高溫度
（2）如圖2所示：用某甲醇燃料電池作電源電解飽和食鹽水．
①寫出電極N發生的反應式：O₂+4e^-+4H⁺=2H₂O
②若食鹽水體積為300Ml，電解過程溶液體積變化忽略不計，常溫下測得PH=13時，理論上消耗甲醇質量為0.16g．

Answer 1

分析 （1）①化學反應達到化學平衡狀態時，正逆反應速率相等，且不等于0，各物質的濃度不再發生變化，由此衍生的一些物理量不發生變化，以此進行判斷；
②使$\frac{n（C{H}_{3}OH）}{n（C{O}_{2}）}$增大，則根據反應，平衡向正反應方向移動即可；
③根據圖象數據結合平衡常數K的計算公式進行計算，根據K僅與溫度有關及反應為放熱來判斷改變條件；
（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．

解答 解：（1）①A．CO₂的體積分數在混合氣體中保持不變，則能說明達到平衡狀態，故A正確；
B．單位時間內有1.2mol H-H斷裂，同時有0.8mol O-H鍵生成，不能體現正逆反應，故不能說明達到平衡狀態，故B錯誤；
C．密度=$\frac{m}{V}$，總質量一定，體積一定，故密度一定，故混合氣體的密度不再發生改變不能說明達到平衡狀態，故C錯誤；
D．H₂O與CH₃OH都是產物，并且按照1：1的比例生成，所以H₂O與CH₃OH的物質的量濃度之比一直為1：1，不能說明達到平衡狀態，故D錯誤；
故選A；
②要使$\frac{n（C{H}_{3}OH）}{n（C{O}_{2}）}$增大，
A．升高溫度，平衡逆向移動，所以$\frac{n（C{H}_{3}OH）}{n（C{O}_{2}）}$減小，故A錯誤；
B．恒溫恒容下充入He（g），平衡不移動，所以$\frac{n（C{H}_{3}OH）}{n（C{O}_{2}）}$不變，故B錯誤；
C．將H₂O（g）從體系中分離，平衡正向移動，所以$\frac{n（C{H}_{3}OH）}{n（C{O}_{2}）}$增大，故C正確；
D．恒溫恒容再充入2mol CO₂和3mol H₂，等效于開始加入4molCO₂和6molH₂，壓強增大，平衡正向移動，所以$\frac{n（C{H}_{3}OH）}{n（C{O}_{2}）}$增大，故D正確；
故選：CD；
③由圖象數據CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）得
開始濃度：1       1.5           0        0
轉化濃度：0.25     0.75         0.25    0.25 
平衡濃度：0.75     0.75         0.25    0.25 
所以K=$\frac{0.25×0.25}{0.75×0.7{5}^{3}}$=0.20，則要使K=1，又反應放熱所以降低溫度使平衡向正反應方向移動，故答案為：0.20；D；
（2）①N區是質子流入的一極，應是原電池的正極，發生還原反應，電極反應式為O₂+4e^-+4H⁺=2H₂O，故答案為：O₂+4e^-+4H⁺=2H₂O；
②用惰性電極，電解飽和食鹽水總的電極反應式為2Cl^-+2H₂O$\frac{\underline{\;電解\;}}{\;}$ H₂↑+Cl₂↑+2OH^-，pH值變為13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$\frac{\underline{\;電解\;}}{\;}$ H₂↑+Cl₂↑+2OH^-，
可知  CH₃OH～6e^-～6OH^-
       32g        6mol
      m（CH₃OH）  0.03mol
則m（CH₃OH）=32g×0.03mol×$\frac{1}{6}$mol=0.16g，
故答案為：0.16．

點評 本題考查了化學平衡的有關知識，電極反應式的書寫等，綜合性強，但難度不大，注意三段式應用和得失電子守恒原理．