Question

14．甲醇是重要的化工原料，又是一種可再生能源，具有廣泛的開發和應用前景．
（1）已知反應CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）△H=-99kJ．mol^-1中的相關化學鍵鍵能如下：

化學鍵	H-H	C-O	C≡C	H-O	C-H
E/（KJ．mol-1）	436	343	x	465	413

則x=1076．
（2）在一容積可變的密閉容器中，1molCO與2molH₂發生反應：CO（g）+2H₂（g） $\stackrel{催化劑}{?}$  CH₃OH（g）△H₁＜0，CO在不同溫度下的平衡轉化率（α）與壓強的關系如右圖所示．
 ①a、b兩點的反應速率：v（a）＜v（b）（填“＞”、“＜”、“=”）
 ②T₁＜T₂ （填“＞”、“＜”、“=”），原因是該反應是放熱反應，溫度升高，平衡逆向移動，CO的平衡轉化率減小，故T_l＜T₂．
③在c點條件下，下列敘述能說明上述反應能達到化學平衡狀態的是bc（填代號）
a．H₂的消耗速率是CH₃OH生成速率的2倍
b．CH₃OH的體積分數不再改變
c．混合氣體的密度不再改變
d．CO和CH₃OH的物質的量之和保持不變
 ④計算圖中a點的平衡常數K_P=1.6×10^-7（用平衡分壓代替平衡濃度計算，分壓=總壓×物質的量分數）．
（3）以甲醇為燃料，氧氣為氧化劑，KOH溶液為電解質溶液，可制成燃料電池（電極材料為惰性電極）．若電解質溶液中KOH的物質的量為0.8mol，當有0.5mol甲醇參與反應時，電解質溶液中各種離子的物質的量濃度由大到小的順序是c（K⁺）＞c（CO₃^2-）＞c（HCO₃^-）＞c（OH^-）＞c（H⁺）．

Answer 1

分析 （1）焓變=反應物總鍵能-生成物總鍵能；
（2）①a、b兩點溫度相同，壓強不同，壓強越大反應速率越大；
②該反應的正反應是放熱反應，升高溫度CO轉化率降低；
③可逆反應達到平衡狀態時，正逆反應速率相等，反應體系中各物質的物質的量、物質的量濃度、百分含量以及由此引起的一系列物理量不變；
④a點的一氧化碳轉化率為50%，總壓為0.5MPa，
               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
而一氧化碳轉化率為50%，所以x=0.5mol，分壓=總壓×物質的量分數；
（3）當有0.5mol甲醇參與反應時，產生的二氧化碳是0.5mol，和0.8mol氫氧化鉀反應，根據元素守恒可以計算n （K₂CO₃）=0.3mol，n （KHCO₃）=0.2mol，據此確定離子濃度的大小順序．

解答 解：（1）反應熱=反應物的總鍵能-生成物的總鍵能，則△H=2×436+x-343-413×3-465=-99，解得x=1076；
故答案為：1076；
（2）①壓強越大反應速率越快，所以a、b兩點的反應速率：v（a）＜v（b）；
故答案為：＜；
②該反應是放熱反應，溫度升高，平衡逆向移動，CO的平衡轉化率減小，故T_l＜T₂；
故答案為：＜；該反應是放熱反應，溫度升高，平衡逆向移動，CO的平衡轉化率減小，故T_l＜T₂；
③a．H₂的消耗速率是CH₃OH生成速率的2倍均為正反應速率，不能說正逆反應速率相等，故a錯誤；     
b．CH₃OH的體積分數隨著反應的進行增大，不再改變時化學平衡，故b正確；
c．混合氣體的總質量不變，容器可變，則混合氣體的體積減小，密度增大，不再改變時化學平衡，故c正確；                
d．CO和CH₃OH的物質的量之和保持不變，不能說明化學平衡，故d錯誤；
故答案為：bc；
④a點的一氧化碳轉化率為50%，總壓為0.5MPa，
               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
而一氧化碳轉化率為50%，所以x=0.5mol，
Kp=$\frac{\frac{0.5}{2}×0.5}{\frac{0.5}{2}×0.5×（\frac{1}{2}×0.5）^{2}}$=1.6×10^-7；
故答案為：1.6×10^-7；
（3）當有0.5mol甲醇參與反應時，產生的二氧化碳是0.5mol，和0.8mol氫氧化鉀反應，設n （K₂CO₃）=xmol，n （KHCO₃）=ymol，根據C、K原子守恒得$\left\{\begin{array}{l}{x+y=0.5}\\{2x+y=0.8}\end{array}\right.$，解得$\left\{\begin{array}{l}{x=0.3}\\{y=0.2}\end{array}\right.$，
即n （K₂CO₃）=0.3mol，n （KHCO₃）=0.2mol，二者的水溶液均為堿性，且碳酸根離子水解程度大于碳酸氫根離子，但其水解程度都較小，所以c（K⁺）＞c（CO₃^2-）＞c（HCO₃^-）＞c（OH^-）＞c（H⁺），
故答案為：c（K⁺）＞c（CO₃^2-）＞c（HCO₃^-）＞c（OH^-）＞c（H⁺）．

點評 本題考查電解原理、化學平衡計算、化學平衡狀態判斷等知識點，為高頻考點，側重考查學生分析、判斷及計算能力，明確化學平衡狀態判斷方法、外界條件對化學平衡移動影響、鹽類水解等知識點是解本題關鍵，難點是（3）題計算．