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）  ΔH

（1）根據(jù)圖1請寫出合成甲醇的熱化學(xué)方程式                                    
（熱量用E₁、E₂或E₃表示）。
（2）該反應(yīng)的逆反應(yīng)速率隨時間變化的關(guān)系如上圖2。t₁時改變了某種條件，改變的條件可能是                       。
（3）判斷反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)的依據(jù)是       (填字母序號，下同)。

A．2v(H2)(逆) =v(CO)(正)

B．混合氣體的密度不變

C．混合氣體的平均相對分子質(zhì)量不變

D．CH3OH、CO、H2的濃度都不再發(fā)生變化

E．容器內(nèi)CO、H₂、CH₃OH的濃度之比為1:2:1  
（4）在一定溫度下，若將4a mol H₂和2amol CO放入2L的密閉容器中，充分反應(yīng)后測得CO的轉(zhuǎn)化率為50％，則該反應(yīng)的平衡常數(shù)為         。若此時再向該容器中投入a mol CO、2amol H₂和amol CH₃OH，判斷平衡移動的方向是     （“正向移動”“逆向移動”或“不移動”）；與原平衡相比，CO的物質(zhì)的量濃度    （填“增大”、“不變”或“減小”）。
（5）某甲烷燃料電池是以熔融碳酸鹽為電解質(zhì)，CH₄為燃料，空氣為氧化劑，稀土金屬材料做電極。為了使該燃料電池長時間穩(wěn)定運行，電池的電解質(zhì)組成應(yīng)保持穩(wěn)定，電池工作時必須有部分A物質(zhì)參加循環(huán)（見右圖）。A物質(zhì)的化學(xué)式是_________；該原電池的負(fù)極反應(yīng)式可表示為                                    。

Answer 1

（1）CO(g) + 2H₂(g) CH₃OH(g) ΔH=（E₁－E₃）或－（E₃－E₁）kJ?mol^-1
（2分，沒寫物質(zhì)狀態(tài)不給分，不寫單位不扣分）
（2）加壓、等倍增加反應(yīng)物和生成物、增加甲醇濃度、升高溫度、使用催化劑等（2分）（任答一個合理答案給分。注：t₁時刻不能確認(rèn)是否平衡）
（3）CD（2分，見錯不給分）
（4）（2分）正向移動（2分）增大（1分）
（5）A為CO₂（2分）CH₄+4CO₃^2-－8e^- =5CO₂+2H₂O （2分）

試題分析：（1）由圖中可知，E₁為斷裂化學(xué)鍵所需要的能量，E₃為形成化學(xué)鍵時所釋放的能量，故每生成1mol甲醇的反應(yīng)熱為（E₁—E₃）KJ/mol。
（2）從圖2曲線上可以看出，t1時刻前和t1時刻后，逆反應(yīng)速率瞬間增大，可使反應(yīng)速率增大的因素有增壓、升溫、加催化劑和增大物質(zhì)濃度。
（3）判斷反應(yīng)是否達(dá)到平衡的依據(jù)是正逆反應(yīng)速率相等和各物質(zhì)濃度保持不變。在該反應(yīng)中，，即，故A項不能說明反應(yīng)已達(dá)到平衡狀態(tài)；該反應(yīng)在恒容容器中進(jìn)行，反應(yīng)物生成物都是氣態(tài)，因此氣體總質(zhì)量和總體積一直不變，密度也一直不變，因此B項也不能說明反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)；當(dāng)物質(zhì)的質(zhì)量以克為單位時，平均相對分子質(zhì)量在數(shù)值上等于平均摩爾質(zhì)量，，因為該反應(yīng)是一個氣體分子數(shù)目發(fā)生變化的反應(yīng)，氣體的物質(zhì)的量也會發(fā)生變化，只有當(dāng)反應(yīng)達(dá)到平衡后，氣體的物質(zhì)的量才不再變化，即平均相對分子質(zhì)量不再變化，因此C項可說明反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)；D項各物質(zhì)濃度不再變化，反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)；反應(yīng)達(dá)到平衡時，各物質(zhì)的百分含量一定，物質(zhì)間的比例一定，但數(shù)值不一定是1:2:1，E項不能說明反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)。
（4）反應(yīng)消耗CO的物質(zhì)的量：2a×50%=amol。
CO(g)+2H₂(g)CH₃OH(g)
初始量：2amol   4amol    0
變化量：amol    2amol    amol
平衡量：amol    2amol    amol

若再向該容器中投入a mol CO、2amol H₂和amol CH₃OH，相當(dāng)于增大氣體壓強，平衡正向移動。與原平衡相比，因為增加了CO的量，但容器容積未變，所以CO的濃度增大。
（5）該電池為甲烷燃料電池，電池總反應(yīng)為CH₄+2O₂=CO₂+2H₂O，電池的電解質(zhì)為碳酸鹽，且電解質(zhì)溶液組成保持穩(wěn)定，所以循環(huán)的物質(zhì)應(yīng)為CO₂。燃料電池負(fù)極應(yīng)通入燃料，故負(fù)極反應(yīng)式為：CH₄+4CO₃^2-－8e^- =5CO₂+2H₂O。