Question

5．甲醇是一種可再生能源，具有廣泛的開發和應用前景．工業上一般可采用如下反應來合成甲醇：CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）△H=-a  kJ/mol．  在T℃時，往一個體積固定為1L的密閉容器中加入1mol CO和2mol H₂，反應達到平衡時，容器內的壓強是開始時的3/5．
（1）如圖是該反應在不同溫度下CO的轉化率隨時間變化的曲線．
①a＞0（填“＞”“＜”“=”）．
②下列說法正確的是d（填序號）．
a．1mol CO（g）和2mol H₂（g）所具有的能量小于1mol CH₃OH（g）所具有的能量
b．將1mol CO（g）和2mol H₂（g）置于一密閉容器中充分反應后放出a KJ的熱量
c．升高溫度，平衡向逆反應移動，上述熱化學方程式中的a值將減小
d．如將一定量CO（g） 和H₂（g）置于某密閉容器中充分反應后放熱aKJ，則此過程中有1molCO（g）被還原．
（2）①上述反應達到平衡時，CO的轉化率為60%
②下列選項能判斷該反應達到平衡狀態的依據的有CF
A．2v（H₂）=v（CH₃OH）            B．CO的消耗速率等于CH₃OH的生成速率
C．容器內的壓強保持不變      D．混合氣體的密度保持不變
E．混合氣體的顏色保持不變    F．混合氣體的平均相對分子質量不隨時間而變化
（3）已知在常溫常壓下：
①2CH₃OH（1）+3O₂（g）=2CO₂（g）+4H₂O（g）△H=-akJ•mol^-1
②2CO（g）+O₂（g）=2CO₂（g）△H=-bkl•mol^-1
③H₂O（g）=H₂O（1）△H=-ckJ•mol^-1
則CH₃OH（1）+O₂（g）═CO（g）+2H₂O（1）△H=$\frac{b-a-4c}{2}$kJ•mol^-1
（4）由甲醇、氧氣和NaOH溶液構成的新型手機電池，可使手機連續使用一個月才充一次電．該電池負極的電極反應式為CH₃OH-6e^-+8OH^-=CO₃^2-+6H₂O．

Answer 1

分析 （1）①圖象中先拐先平溫度高，溫度越高CO轉化率越小，說明升溫平衡逆向進行，正反應為放熱反應；
②a．反應為放熱反應，反應物能量高于生成物；
b．反應是可逆反應不能進行徹底；
c．反應焓變和物質能量有關，與變化過程無關；
d．如將一定量CO（g） 和H₂（g）置于某密閉容器中充分反應后放熱aKJ，是反應焓變的數值，是1molCO完全反應放出的熱量；
（2）①化學平衡三段式列式計算，壓強關系是氣體物質的量的關系；
②平衡標志是正逆反應速率相同，各組分含量保持不變，據此分析選項；
（3）結合熱化學方程式和蓋斯定律計算得到所需熱化學方程式，
①2CH₃OH（l）+3O₂（g）═2CO₂（g）+4H₂O（g）△H═-akJ•mol^-1
②2CO（g）+O₂（g）═2CO₂（g）△H═-bkJ•mol^-1
③H₂O（g）═H₂O（l）△H═-ckJ•mol^-1
依據蓋斯定律計算，$\frac{①+4×③-②}{2}$得到熱化學方程式；
（4）甲醇燃料電池甲醇在負極失電子，堿溶液中生成碳酸鹽，依據溶液中氫氧根離子配平電荷守恒．

解答 解：（1）①CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）△H=-a kJ/mol．圖象分析可知先拐先平溫度高，溫度越高CO轉化率越小，說明升溫平衡逆向進行，正反應為放熱反應，△H＜0，則a＞0，
故答案為：＞；
②CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）△H═-86.6KJ/mol，反應是氣體體積減小的放熱反應；
a．反應為放熱反應，1mol CO（g）和2mol H₂（g）所具有的能量大于1mol CH₃OH（g）所具有的能量，故a錯誤；
b．將1mol CO（g）和2mol H₂（g）置于一密閉容器中充分反應，反應為可逆反應不能進行徹底，反應后放出的熱量小于a KJ，故b錯誤；
c． 為放熱反應，升高溫度，平衡向逆反應移動，上述熱化學方程式中的a值是焓變數值，確定的化學反應，焓變不隨溫度變化，只與起始和終了物質能量差有關，故c錯誤；
d．如將一定量CO（g） 和H₂（g）置于某密閉容器中充分反應后放熱aKJ，是反應焓變的數值，則此過程中有1molCO（g）被還原．故d正確；
故答案為：d；
（2）工業上一般可采用如下反應來合成甲醇：CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）△H═-86.6KJ/mol，在T℃時，往一個體積固定為1L的密閉容器中加入Imol CO和2mol H₂，反應達到平衡時，容器內的壓強是開始時的$\frac{3}{5}$，依據化學平衡三段式列式，設消耗的一氧化碳物質的量為x；
                        CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）
起始量（mol） 1               2                 0
變化量（mol） x                2x              x
平衡量（mol）1-x             2-2x             x
1-x+2-2x+x=3×$\frac{3}{5}$
x=0.6，
一氧化碳轉化率=60%，
故答案為：60%；
②CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）△H═-86.6KJ/mol，反應是氣體體積減小的放熱反應；
A．反應速率之比等于化學方程式系數之比，是正反應之比，v（H₂）正═2v（CH₃OH）逆，才能說明反應達到平衡狀態，故A錯誤；
B．CO的消耗速率等于CH₃OH的生成速率，說明反應正向進行，不能說明反應達到平衡狀態，故B錯誤；
C．反應前后氣體物質的量改變，容器內的壓強保持不變，氣體物質的量不變，說明反應達到平衡狀態，故C正確；
D．氣體質量不變，體積固定，混合氣體的密度保持不變，不能說明反應達到平衡狀態，故D錯誤；
E．混合氣體都是無色氣體，顏色保持不變不能說明反應達到平衡狀態，故E錯誤；
F．氣體質量不變，物質的量變化，混合氣體的平均相對分子質量不隨時間而變化，說明反應達到平衡狀態，故F正確；
故答案為：CF；
（3）①2CH₃OH（l）+3O₂（g）═2CO₂（g）+4H₂O（g）△H═-akJ•mol^-1
②2CO（g）+O₂（g）═2CO₂（g）△H═-bkJ•mol^-1
③H₂O（g）═H₂O（l）△H═-ckJ•mol^-1
依據蓋斯定律計算，$\frac{①+4×③-②}{2}$得到熱化學方程式：CH₃OH（l）+O₂（g）═CO（g）+2H₂O（l）△H═$\frac{b-a-4c}{2}$KJ/mol；
故答案為：$\frac{b-a-4c}{2}$；
（4）燃料電池，電池的一個電極通 入空氣，另一個電極通入甲醇氣體，電解質是氫氧化鈉溶液，根據原電池原理，正極電極反應是O₂得到電子生成氫氧根離子^-：O₂+2H₂O+4e^-=4OH^-，負極電極反應：CH₃OH-6e^-+8OH^-=CO₃^2-+6H₂O；
故答案為：CH₃OH-6e^-+8OH^-=CO₃^2-+6H₂O．

點評 本題考查了化學平衡影響因素、平衡轉化率計算、熱化學方程式書寫、原電池電極反應和蓋斯定律計算應用，電解池中電子守恒的計算分析，掌握基礎是關鍵，題目難度中等．