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． 混合氣體的總物質(zhì)的量不變
d． CH₃OH、CO、H₂的濃度都不再發(fā)生變化
（2）CO在不同溫度下的平衡轉(zhuǎn)化率與壓強(qiáng)的關(guān)系如圖1

①該反應(yīng)△H

＜

0（填“＞”或“＜”）．
②實(shí)際生產(chǎn)條件控制在250℃、1.3×10⁴ kPa左右，選擇此壓強(qiáng)的理由是

在1.3×10⁴Kpa下，CO轉(zhuǎn)化率已較高，再增大壓強(qiáng)CO轉(zhuǎn)化率提高不大，而生產(chǎn)成本增加，得不償失

．
（3）右圖2表示在溫度分別為T(mén)₁、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Q KJ的熱量．寫(xiě)出該反應(yīng)的熱化學(xué)方程式

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

．
（5）圖3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(xiě)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、都是正反應(yīng)速率；
b、恒容密閉容器，反應(yīng)前后都是氣體，密度始終不變；
c、反應(yīng)前后化學(xué)計(jì)量數(shù)之和不相等，物質(zhì)的量不變，達(dá)到平衡狀態(tài)；
d、濃度不變，正逆反應(yīng)速率相等；
（2）①根據(jù)圖示，溫度升高，CO轉(zhuǎn)化率降低，平衡向逆向移動(dòng)；
②在1.3×10⁴Kpa下，CO轉(zhuǎn)化率已較高，再增大壓強(qiáng)CO轉(zhuǎn)化率提高不大，而生產(chǎn)成本增加，得不償失；
（3）A、C兩點(diǎn)溫度一樣，壓強(qiáng)C點(diǎn)大于A點(diǎn)，故反應(yīng)速率A＜C；A、C兩點(diǎn)的溫度一樣，故化學(xué)平衡常數(shù)不變；狀態(tài)B到狀態(tài)A，H₂的體積分?jǐn)?shù)增大，使平衡向逆向移動(dòng)；
（4）2mol甲醇放出4Q熱量，熱化學(xué)方程式為：2CH₃OH（g）+3O₂（g）=2CO₂（g）+4H₂O（l）△H=-4Q kJ/mol；
（5）甲醇燃料電池，氫氧化鉀為電解質(zhì)溶液，根據(jù)電子流動(dòng)方向，a為陽(yáng)極，電解反應(yīng)為：CH₃OH-6e^-+8OH^-=CO₃^2-+6H₂O．

解答：解：（1）a、生成CH₃OH的速率與消耗CO的速率都是正反應(yīng)速率，無(wú)法判斷是否達(dá)到平衡狀態(tài)，故a錯(cuò)誤；
b、熱情容積固定，氣體的體積不變，故氣體的密度變化變化，故b錯(cuò)誤；
c、反應(yīng)前后都是氣體，化學(xué)計(jì)量數(shù)之和不相等，故混合氣體的總物質(zhì)的量不變，可以判斷達(dá)到了平衡狀態(tài)，故c正確；
d、反應(yīng)物和生成物的濃度不變，生成速率等于消耗速率，正逆反應(yīng)速率相等，達(dá)到了平衡狀態(tài)，故d正確；
故選cd．
（2）①根據(jù)圖1，壓強(qiáng)相等情況下，升高溫度，CO轉(zhuǎn)化率降低，說(shuō)明反應(yīng)為放熱，＜0；
故答案為：＜；
②、由于在1.3×10⁴Kpa下，CO轉(zhuǎn)化率已經(jīng)較高，若再增大壓強(qiáng)，CO轉(zhuǎn)化率提高不大，反而造成生產(chǎn)成本增加，得不償失；
故答案為：在1.3×10⁴Kpa下，CO轉(zhuǎn)化率已較高，再增大壓強(qiáng)CO轉(zhuǎn)化率提高不大，而生產(chǎn)成本增加，得不償失．
（3）根據(jù)圖2，A、C兩點(diǎn)溫度相同，C點(diǎn)的壓強(qiáng)大于A點(diǎn)，故反應(yīng)速率：A＜C；由于溫度相同，故A、C的化學(xué)平衡常數(shù)相等；B點(diǎn)氫氣的含量小于A點(diǎn)的，反應(yīng)放熱，若要提高氫氣的含量，必須升高溫度；
故答案為：＜，=，升溫；
（4）2mol甲醇燃燒放出的熱量為4Q，故甲醇燃燒的熱化學(xué)方程式為：2CH₃OH（g）+3O₂（g）=2CO₂（g）+4H₂O（l）△H=-4Q kJ/mol；
故答案為：2CH₃OH（g）+3O₂（g）=2CO₂（g）+4H₂O（l）△H=-4Q kJ/mol；
（5）圖3中，甲醇燃料電池，電解質(zhì)溶液為KOH溶液，再根據(jù)電子流動(dòng)方向，a為陽(yáng)極，發(fā)生氧化反應(yīng)，反應(yīng)離子方程式：CH₃OH-6e^-+8OH^-=CO₃^2-+6H₂O；
故答案為：CH₃OH-6e^-+8OH^-=CO₃^2-+6H₂O．

點(diǎn)評(píng)：本題考查了化學(xué)平衡狀態(tài)的判斷，通過(guò)圖示分析，獲得合理數(shù)據(jù)，涉及了燃燒化學(xué)方程式的書(shū)寫(xiě)、電解反應(yīng)書(shū)寫(xiě)，題量較多，難度稍大．