Question

（2013?珠海模擬）甲醇是一種優質燃料，可制作燃料電池．
（1）為探究用 CO₂ 來生產燃料甲醇的反應原理，現進行如下實驗：在體積為 1L 的密閉容器中，充入 1molCO₂ 和 3molH₂，一定條件下發生反應：
CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）△H=-49.0kJ/mol
測得 CO₂ 和 CH₃OH（g）的濃度隨時間變化如圖．請回答：
①從反應開始到平衡，氫氣的反應速率：v（H₂）=

0.225mol/（L?min）

．
②能夠說明該反應已達到平衡的是

AC

．
A．恒溫、恒容時，容器內的壓強不再變化
B．恒溫、恒容時，容器內混合氣體的密度不再變化
C．一定條件下，CO、H₂和CH₃OH的濃度保持不變
D．一定條件下，單位時間內消耗3molH₂的同時生成1mol CH₃OH
③下列措施中能使平衡混合物中 n（CH₃OH）/n（CO₂） 增大的是

CD

．
A．加入催化劑
B．充入 He（g），使體系壓強增大
C．將 H₂O（g）從體系中分離
D．降低溫度
④求此溫度（t₁）下該反應的平衡常數 K₁=

5.33

（計算結果保留三位有效數字）．
⑤另在溫度（t₂）條件下測得平衡常數 K₂，已知t₂＞t₁，則K₂

＜

K₁（填“＞”、“=”或“＜”）．
（2）以 CH₃OH 為燃料（以 KOH 溶液作電解質溶液）可制成 CH₃OH 燃料電池，則充入 CH₃OH 的電極為

負

極，充入O₂電極的反應式為

3O₂+12e^-+6H₂O═12OH^-（O₂+4e^-+2H₂O═4OH^-也算對）

．
（3）已知在常溫常壓下：
①2CH₃OH（l）+3O₂（g）═2CO₂（g）+4H₂O（g）△H ₁
②2CO（g）+O₂（g）═2CO₂（g）△H₂
則 1mol 甲醇不完全燃燒生成一氧化碳和氣態水時反應的△H=

1

2

（△H₁-△H₂）

．（用含△H₁、△H₂ 的式子表示）

Answer 1

分析：（1）①由圖象可知，10min到達平衡，平衡時甲醇的濃度變化為0.75mol/L，根據濃度變化量之比等于化學計量數之比氫氣的濃度變化量，再根據v=

△c

△t

計算出v（H₂）；
②根據達到平衡狀態正逆反應速率相等，各組分濃度不變進行判斷；
③使n（CH₃OH）/n（CO₂）應采取措施，使平衡向正反應移動，注意不能增大二氧化碳或降低甲醇的量；
④根據平衡常數等于生成物的濃度冪之積除以反應物的濃度冪之積計算；
⑤根據該反應為放熱反應，溫度升高，平衡向著逆向移動分析；
（2）燃料原電池中，甲醇失電子發生氧化反應，所以通入燃料的電極為負極，通入氧氣的電極為正極；氧氣得到電子生成氫氧根離子；
（3）根據熱化學方程式①②及蓋斯定律計算反應熱．

解答：解：（1）①由圖可知，10min到達平衡，平衡時甲醇的濃度變化為0.75mol/L，由方程式CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O可知，氫氣的濃度變化等于甲醇的濃度變化量為0.75mol/L×3=2.25mol/L，故v（H₂）=

2.25mol/L

10min

=0.225mol/（L?min），
故答案為：0.225mol/（L?min）       
②A．恒溫、恒容時，容器內的壓強不再變化，反應兩邊氣體體積不相等，壓強不變，說明正逆反應速率相等，達到了平衡狀態，故A正確；
B．恒溫、恒容時，容器內混合氣體的密度不再變化，混合氣體的質量不變，容器的容積不變，所以氣體的密度始終不變，所以密度不變，無法判斷是否達到平衡狀態，故B錯誤；
C．一定條件下，CO、H₂和CH₃OH的濃度保持不變，各組分濃度不變，說明正逆反應速率相等，達到了平衡狀態，故C正確；
D．一定條件下，單位時間內消耗3molH₂的同時生成1mol CH₃OH，表示的是正逆反應速率，無法判斷正逆反應速率是否相等，故D錯誤；
故選：A C；     
③使n（CH₃OH）/n（CO₂）應采取措施，使平衡向正反應移動，注意不能增大二氧化碳或降低甲醇的量，
A、加入催化劑，催化劑不影響化學平衡，n（CH₃OH）/n（CO₂）不變，故A錯誤，
B、充入He（g），使體系壓強增大，容器的容積不變，反應混合物的濃度不變，平衡不移動，n（CH₃OH）/n（CO₂）不變，故B錯誤，
C、將H₂O（g）從體系中分離，平衡向正反應移動，n（CH₃OH）/n（CO₂）增大，故C正確，
D、降低溫度，該反應正反應是放熱反應，降低溫度平衡向正反應移動，n（CH₃OH）/n（CO₂）增大，故D正確；
故答案為：CD；
④達到平衡時，c（CO₂）=0.25mol/L，c（CH₃OH）=0.75mol/L，c（H₂O）根據反應方程式，反應氫氣的消耗濃度為二氧化碳的3倍，所以平衡狀態時氫氣的濃度為：0.75mol/L；c（H₂O）=0.75mol/L，
該溫度下的平衡常數為：K=

0.75×0.75

0.25×0.753

≈5.33，
故答案為：5.33；   
⑤在溫度（t₂）條件下測得平衡常數 K₂，已知t₂＞t₁，該反應為放熱反應，溫度升高，平衡向著逆向移動，平衡常數將減小，
故答案為：＜；
（2）燃料原電池中，甲醇失電子發生氧化反應，所以通入燃料甲醇的電極為負極；充入O₂電極的反應式為氧氣得到電子生成了氫氧根離子，電極反應為：3O₂+12e^-+6H₂O═12OH^-（O₂+4e^-+2H₂O═4OH^-也算對）
故答案為：負；3O₂+12e^-+6H₂O═12OH^-（O₂+4e^-+2H₂O═4OH^-也算對）；
（3）①2CH₃OH（l）+3O₂（g）═2CO₂（g）+4H₂O（g）△H ₁
②2CO（g）+O₂（g）═2CO₂（g）△H₂，
根據蓋斯定律，將反應①×

1

2

-反應②×

1

2

，可得：CH₃OH（l）+O₂（g）═CO（g）+2H₂O（g）

1

2

（△H₁-△H₂）
1mol甲醇不完全燃燒生成一氧化碳和氣態水時反應的△H=

1

2

（△H₁-△H₂），
故答案為：

1

2

（△H₁-△H₂）．

點評：本題考查較為綜合，涉及反應速率、平衡常數、平衡移動以及電化學等知識，題目難度不大，注意把握影響平衡移動的因素以及平衡移動方向的判斷．