Question

工業(yè)上用CO生產燃料甲醇．一定條件下發(fā)生反應：CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）．圖1表示反應中能量的變化；圖2表示一定溫度下，在體積為2L的密閉容器中加入4mol H₂和一定量的CO后，CO和CH₃OH（g）的濃度隨時間變化．請回答下列問題：
（1）在“圖1”中，曲線

 

（填：a或b）表示使用了催化劑；該反應屬于

 

（填：吸熱、放熱）反應．
（2）下列說法正確的是

 

A．起始充入的CO為2mol               
B．增加CO濃度，CO的轉化率增大
C．容器中壓強恒定時，反應已達平衡狀態(tài)
D．保持溫度和密閉容器容積不變，再充入1molCO和2molH₂，再次達到平衡時n（CH₃OH）/n（CO）會減小
（3）從反應開始到建立平衡，v（H₂）=

 

；該溫度下CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）的化學平衡常數(shù)為

 

．若保持其它條件不變，將反應體系升溫，則該反應化學平衡常數(shù)

 

（填“增大”、“減小”或“不變”）．
（4）請在“圖3”中畫出平衡時甲醇百分含量（縱坐標）隨溫度（橫坐標）變化的曲線，要求畫壓強不同的2條曲線（在曲線上標出P₁、P₂，且P₁＜P₂）．
（5）已知CH₃OH（g）+3/2O₂（g）=CO₂（g）+2H₂O（g）△H=-192.9kJ/mol
又知H₂O（l）=H₂O（g）△H=+44kJ/mol，請寫出32g的CH₃OH（g）完全燃燒生成液態(tài)水的熱化學方程式

 

．
（6）CO分析儀以燃料電池為工作原理，其裝置如圖4所示，該電池中電解質為氧化釔-氧化鈉，其中O^2-可以在固體介質NASICON中自由移動．下列說法錯誤的是

 

．
A．負極的電極反應式為：CO+O^2--2e^-=CO₂
B．工作時電極b作正極，O^2-由電極a流向電極b
C．工作時電子由電極a通過傳感器流向電極b
D．傳感器中通過的電流越大，尾氣中CO的含量越高
（7）利用甲醇燃料電池設計如圖5所示的裝置：則該裝置中Zn極為

 

極；寫出a極的電極反應式

 

Answer 1

考點：化學平衡的影響因素,化學電源新型電池,化學平衡狀態(tài)的判斷

專題：

分析：（1）根據(jù)圖中反應的活化能的大小來分析是否使用催化劑，利用反應前后的總能量來分析反應的能量變化；
（2）A、由圖2利用轉化的CO和平衡時CO的量來分析；
B、增加CO濃度，會促進氫氣的轉化，但本身的轉化率降低；
C、該反應為反應前后壓強不等的反應；
D、再充入1molCO和2molH₂，體積不變，則壓強增大，平衡正向移動；
（3）由圖2計算用CO表示的反應速率，再利用反應速率之比等于化學計量數(shù)之比來計算氫氣的反應速率，利用各物質平衡的濃度來計算化學平衡常數(shù)；根據(jù)溫度升高，平衡逆向移動，反應物的濃度增大，生成物的濃度減少，平衡常數(shù)減小；
（4）根據(jù)溫度和壓強對該反應的影響來分析；
（5）利用已知反應和蓋斯定律解答；
（6）該裝置是原電池，負極上一氧化碳失電子發(fā)生氧化反應，正極上氧氣得電子發(fā)生還原反應，原電池放電時電子從負極流向正極，陰離子向負極移動，一氧化碳的含量越大，原電池放電時產生的電流越大；
（7）由圖可知甲醇燃料電池是電源，則燒杯中的裝置為電解池，利用電解池和原電池來分析解答．

解答： 解：（1）由圖可知，曲線b降低了反應所需的活化能，則b使用了催化劑，又該反應中反應物的總能量大于生成物的總能量，則該反應為放熱反應，
故答案為：b；放熱；
（2）A、由圖2可知生成0.75mol/LCH₃OH，則反應了0.75mol/LCO，平衡時有0.25mol/LCO，即CO的起始物質的量為（0.75mol/l+0.25mol/L）×2L=2mol，故A正確；
B、增加CO濃度，會促進氫氣的轉化，氫氣的轉化率增大，但CO的轉化率減小，故B錯誤；
C、該反應為反應前后壓強不等的反應，則壓強不變時，該反應達到平衡狀態(tài)，故C正確；
D、再充入1molCO和2molH₂，體積不變，則壓強增大，平衡正向移動，再次達到平衡時n（CH₃OH）/n（CO）會增大，故D錯誤；
故選：AC；
（3）由圖2可知，反應中減小的CO的濃度為1mol/L-0.25mol/L=0.75mol/L，10min時達到平衡，
則用CO表示的化學反應速率為

0.75mol/L

10min

=0.075mol?L^-1?min^-1，
因反應速率之比等于化學計量數(shù)之比，則v（H₂）=0.075mol?L^-1?min^-1×2=0.15mol?L^-1?min^-1；
             CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）
開始（mol/L） 1       2         0
轉化（mol/L） 0.75   1.5       0.75
平衡（mol/L） 0.25    0.5      0.75
則化學平衡常數(shù)K=

0.75

0.25×(0.5)2

=12；
因溫度升高，平衡逆向移動，反應物的濃度增大，生成物的濃度減少，平衡常數(shù)減�。�
故答案為：0.15mol?L^-1?min^-1；12； 減��；
（4）CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）△H＜0，
則溫度越高，逆向反應進行的程度越大，甲醇的含量就越低，
壓強增大，反應正向進行的程度大，則甲醇的含量高，則圖象為
，
故答案為：；
（5）32個甲醇為1mol，已知①CH₃OH（g）+3/2O₂（g）=CO₂（g）+2H₂O（g）△H=-192.9kJ/mol
②H₂O（l）=H₂O（g）△H=+44kJ/mol，
據(jù)蓋斯定律，①-②×2得：CH₃OH（g）+3/2O₂（g）=CO₂（g）+2H₂O（l）△H=-280.9kJ/mol
故答案為：CH₃OH（g）+3/2O₂（g）=CO₂（g）+2H₂O（l）△H=-280.9kJ/mol；
（6）A．該裝置是原電池，通入一氧化碳的電極a是負極，負極上一氧化碳失電子發(fā)生氧化反應，電極反應式為：CO+O^2--2e^-=CO₂，故A正確；
B．工作時電極b作正極，O^2-由電極b流向電極a，故B錯誤；
C．該裝置是原電池，通入一氧化碳的電極a是負極，通入空氣的電極是正極，原電池放電時，電子從負極a通過傳感器流向電極b，故C正確；
D．一氧化碳的含量越大，原電池放電時產生的電流越大，故D正確，
故答案為：B；
（7）由圖可知，甲醇燃料電池中a極通入氧氣，在堿性條件氧氣得電子生成氫氧根離子，即通入氧氣的為正極，正極反應為O₂+4e^-+2H₂O-═4OH^-，
b為電池的負極，后邊的燒杯為電解池裝置，鋅與b相連，則鋅極為陰極，故答案為：陰；O₂+4e^-+2H₂O-═4OH^-．

點評：本題考查熱化學方程式、化學平衡、化學反應速率、能量變化、電化學等重要知識點，學生應注意圖象的利用來分析解決問題，本題考查知識點較多，綜合性強，注重對基礎知識和基本技能的考查，同時注重對高考熱點的訓練，題目難度較大．