Question

工業(yè)上一般在恒容密閉容器中可以采用下列反應(yīng)合成甲醇：CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）△H
（1）判斷反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)的依據(jù)是

cd

（填序號(hào)）．
a． 生成CH₃OH的速率與消耗CO的速率相等
b． 混合氣體的密度不變      
c． 混合氣體的相對(duì)平均分子質(zhì)量不變
d． CH₃OH、CO、H₂的濃度都不再發(fā)生變化
（2）下表所列數(shù)據(jù)是反應(yīng)在不同溫度下的化學(xué)平衡常數(shù)（K）．

溫度	250℃	300℃	350℃
K	2.041	0.270	0.012

①由表中數(shù)據(jù)判斷△H

＜

0 （填“＞”、“=”或“＜”）．
②要提高CO的轉(zhuǎn)化率，可以采取的措施是

df

（填序號(hào)）．
a．升溫               b．加入催化劑               c．增加CO的濃度
d．加入H₂加壓        e．加入惰性氣體加壓         f．分離出甲醇
③某溫度下，將2mol CO和6mol H₂充入2L的密閉容器中，充分反應(yīng)10min后，達(dá)到平衡時(shí)測(cè)得c（CO）=0.2mol/L，則CO的轉(zhuǎn)化率為

80%

，此時(shí)的溫度為

250℃

．以CH₃OH表示該過(guò)程的反應(yīng)速率v（CH₃OH）=

0.08

mol/（L?min）．
（3）圖1表示在溫度分別為T₁、T₂時(shí)，平衡體系中H₂的體積分?jǐn)?shù)隨壓強(qiáng)變化曲線，A、C兩點(diǎn)的反應(yīng)速率A

＜

C（填“＞”、“=”或“＜”，下同），A、C兩點(diǎn)的化學(xué)平衡常數(shù)A

=

C，由狀態(tài)B到狀態(tài)A，可采用

升溫

的方法（填“升溫”或“降溫”）．

（4）一定條件下，0.5mol甲醇蒸氣完全燃燒生成二氧化碳?xì)怏w和液態(tài)水，放出QKJ的熱量．寫出該反應(yīng)的熱化學(xué)方程式

2CH₃OH（g）+3O₂（g）=2CO₂（g）+4H₂O（l）△H=-4QkJ/mol

．圖2是甲醇燃料電池（電解質(zhì)溶液為KOH溶液）結(jié)構(gòu)示意圖，寫出 a處電極上發(fā)生的電極反應(yīng)式

CH₃OH-6e^-+8OH^-=CO₃^2-+6H₂O

．

Answer 1

分析：（1）a、CH₃OH的生成速率與CO的消耗速率都表示正反應(yīng)速率；
b、都為氣體，容器的體積不變，混合氣體的總質(zhì)量不變，密度自始至終為定值；
c、混合氣體的總質(zhì)量不變，隨反應(yīng)進(jìn)行，混合氣體的總的物質(zhì)的量減小，即平均相對(duì)分子質(zhì)量減小，最后為定值；
d、可逆反應(yīng)得到平衡，反應(yīng)混合物的濃度、含量為定值；
（2）①由表中數(shù)據(jù)可知，溫度越高，平衡常數(shù)越小，說(shuō)明升高溫度平衡向逆反應(yīng)移動(dòng)，升高溫度平衡向吸熱反應(yīng)移動(dòng)；
②要提高CO的轉(zhuǎn)化率，平衡應(yīng)向正反應(yīng)移動(dòng)，據(jù)此結(jié)合選項(xiàng)分析判斷．注意若只增大CO濃度，平衡向正反應(yīng)移動(dòng)，CO的轉(zhuǎn)化率降低；
③計(jì)算平衡時(shí)CO的物質(zhì)的量，n_開(kāi)始（CO）-n_平衡（CO）=n_{轉(zhuǎn)化}（CO），利用轉(zhuǎn)化率定義計(jì)算CO的轉(zhuǎn)化率；
計(jì)算該溫度下的平衡常數(shù)，對(duì)比表中數(shù)據(jù)判斷溫度；
根據(jù)v=

△c

△t

計(jì)算v（CO，利用速率之比等于化學(xué)計(jì)量數(shù)之比計(jì)算v（CH₃OH）．
（3）壓強(qiáng)越大，反應(yīng)速率越快；平衡常數(shù)只受溫度影響，溫度不變，平衡常數(shù)不變．平衡體系中H₂的體積分?jǐn)?shù)溫度T₁比T₂時(shí)的低，說(shuō)明T₁比T₂相比，平衡向正反應(yīng)移動(dòng)，該反應(yīng)正反應(yīng)為放熱反應(yīng)，故溫度T₁＜T₂；
（4）0.5mol甲醇蒸氣完全燃燒生成二氧化碳?xì)怏w和液態(tài)水，放出QKJ的熱量，據(jù)此根據(jù)熱化學(xué)方程式書寫原則書寫；
由圖2中電子在外電路的移動(dòng)可知，a為負(fù)極，b為正極，原電池負(fù)極發(fā)生氧化反應(yīng)，CH₃OH在負(fù)極放電，堿性條件放電生成碳酸根與水．

解答：解：（1）a、CH₃OH的生成速率與CO的消耗速率都表示正反應(yīng)速率，自始至終反應(yīng)速率都按1：1進(jìn)行，不能說(shuō)明到達(dá)平衡，故a錯(cuò)誤；
b、都為氣體，容器的體積不變，混合氣體的總質(zhì)量不變，密度自始至終為定值，不能說(shuō)明可逆反應(yīng)到達(dá)平衡，故b錯(cuò)誤；
c、混合氣體的總質(zhì)量不變，隨反應(yīng)進(jìn)行，混合氣體的總的物質(zhì)的量減小，即平均相對(duì)分子質(zhì)量減小，最后為定值，說(shuō)明可逆反應(yīng)到達(dá)平衡狀態(tài)，故c正確；
d、CH₃OH、CO、H₂的濃度都不再發(fā)生變化，說(shuō)明可逆反應(yīng)到達(dá)平衡狀態(tài)，故d正確．
故選：cd；
（2）①由表中數(shù)據(jù)可知，溫度越高，平衡常數(shù)越小，說(shuō)明升高溫度平衡向逆反應(yīng)移動(dòng)，升高溫度平衡向吸熱反應(yīng)移動(dòng)，故正反應(yīng)為放熱反應(yīng)，即△H＜0，
故答案為：＜；
②a．升高溫度，平衡向逆反應(yīng)移動(dòng)，平衡時(shí)CO的轉(zhuǎn)化率減小，故a錯(cuò)誤；
 b．加入催化劑，縮短到達(dá)平衡時(shí)間，平衡不移動(dòng)，CO轉(zhuǎn)化率不變，故b錯(cuò)誤；
c．增加CO的濃度，平衡向正反應(yīng)移動(dòng)，平衡時(shí)CO的轉(zhuǎn)化率減小，故c錯(cuò)誤；
d．加入H₂加壓，平衡向正反應(yīng)移動(dòng)，平衡時(shí)CO的轉(zhuǎn)化率增大，故d正確；
e．加入惰性氣體加壓，反應(yīng)混合物的濃度不變，變化不移動(dòng)，故e錯(cuò)誤；
f．分離出甲醇，平衡向正反應(yīng)移動(dòng)，平衡時(shí)CO的轉(zhuǎn)化率增大，故f正確．
故選：df；
③某溫度下，將2mol CO和6mol H₂充入2L的密閉容器中，充分反應(yīng)10min后，達(dá)到平衡時(shí)測(cè)得c（CO）=0.2mol/L，
平衡時(shí)CO的物質(zhì)的量為0.2mol/L×2L=0.4mol，所以CO的轉(zhuǎn)化率為

2mol-0.4mol

2mol

×100%=80%；
對(duì)于可逆反應(yīng)：CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）
開(kāi)始（mol/L）：1        3         0
變化（mol/L）：0.8       1.6        0.8     
平衡（mol/L）：0.2       1.4       0.8
所以該溫度下平衡常數(shù)k=

0.8

0.2×1.42

=2.041，平衡常數(shù)只受溫度影響，故該溫度為250℃．
v（CO）=

1mol/L-0.2mol/L

10min

=0.08mol/（L?min），速率之比等于化學(xué)計(jì)量數(shù)之比，故v（CH₃OH）=v（CO）=0.08mol/（L?min）．
故答案為：80%；250℃；0.08；
（3）由圖可知，C點(diǎn)壓強(qiáng)比A點(diǎn)壓強(qiáng)大，壓強(qiáng)越大，反應(yīng)速率越快，故反應(yīng)速率A＞C；
由圖可知A、C兩點(diǎn)溫度相同，平衡常數(shù)只受溫度影響，溫度不變平衡常數(shù)不變，故平衡常數(shù)A=C；
由圖可知，壓強(qiáng)相同時(shí)，平衡體系中H₂的體積分?jǐn)?shù)溫度T₁比T₂時(shí)的低，說(shuō)明T₁比T₂相比，平衡向正反應(yīng)移動(dòng)，該反應(yīng)正反應(yīng)為放熱反應(yīng)，降低溫度平衡向放熱反應(yīng)移動(dòng)，故溫度T₁＜T₂，由狀態(tài)B到狀態(tài)A，可采用升溫的方法，
故答案為：＜；=；升溫；
（4）0.5mol甲醇蒸氣完全燃燒生成二氧化碳?xì)怏w和液態(tài)水，放出QKJ的熱量，熱化學(xué)方程式為2CH₃OH（g）+3O₂（g）=2CO₂（g）+4H₂O（l）△H=-4Q kJ/mol；
由圖2中電子在外電路的移動(dòng)可知，a為負(fù)極，b為正極，原電池負(fù)極發(fā)生氧化反應(yīng)，CH₃OH在負(fù)極放電，堿性條件放電生成碳酸根與水，電解反應(yīng)式為CH₃OH-6e^-+8OH^-=CO₃^2-+6H₂O，
故答案為：2CH₃OH（g）+3O₂（g）=2CO₂（g）+4H₂O（l）△H=-4Q kJ/mol；CH₃OH-6e^-+8OH^-=CO₃^2-+6H₂O．

點(diǎn)評(píng)：本題考查平衡狀態(tài)判斷、平衡移動(dòng)、平衡常數(shù)、反應(yīng)速率計(jì)算、熱化學(xué)方程式、原電池、化學(xué)平衡圖象等，是化學(xué)反應(yīng)速率與化學(xué)平衡的綜合題目，難度不大，注重基礎(chǔ)知識(shí)的考查，（4）中電極反應(yīng)式的書寫為難點(diǎn)、易錯(cuò)點(diǎn)，可以先寫出較為簡(jiǎn)單的正極反應(yīng)式，利用總反應(yīng)式減去正極反應(yīng)式即為負(fù)極反應(yīng)式．