Question

【題目】甲醇是重要的化工原料，利用CO2和H2合成甲醇，發生的主反應如下：CO2（g）+3H2（g）CH3OH（g）+H2O（g）△H
已知：在 25℃、101kPa 下，1g 甲醇燃燒生成 CO2和液態水時放熱 22.70kJ．
（1）請寫出表示甲醇燃燒熱的熱化學方程式 ．
（2）在一恒溫恒容密閉容器中充入1mol CO2和3molH2進行上述反應．測得CO2和CH3OH（g）濃度隨時間變化如圖1所示．回答：0～10min內，氫氣的平均反應速率為mol/（Lmin）；第10min 后，保持溫度不變，向該密閉容器中再充入0.75mol CO2（g）和1.5molH2O（g），則平衡（填“正向”、“逆向”或“不”）移動．恒溫恒壓密閉容器中該反應達平衡狀態的依據是（填序號） ．
A．v正（CH3OH）=3v逆（H2） B．混合氣體的密度不變
C．c（CH3OH）=c（H2O） D．混合氣體的總物質的量不變
（3）如圖2，25℃時以甲醇燃料電池（電解質溶液為稀硫酸）為電源來電解300mL某NaCl溶液，該裝置中 a 極為極，負極反應式為 ． 在電解一段時間后，NaCl溶液的pH值變為12（假設NaCl 溶液的體積不變），則理論上消耗甲醇的物質的量為mol．
（4）取五份等體積的CO2和H2的混合氣體（物質的量之比均為1：3），分別加入溫度不同、容積相同的恒容密閉容器中，發生上述反應，反應相同時間后，測得甲醇的體積分數φ（CH3OH）與反應溫度T的關系曲線如圖3所示，則上述CO2轉化為甲醇的反應的△H0（填“＞”、“＜”或“=”）．

Answer 1

【答案】
（1）CH3OH（l）+ O2（g）=CO2（g）+2H2O（l）△H=﹣726.40KJ/mol
（2）0.225；正向；BD
（3）陽；CH3OH﹣6e﹣+H2O=CO2+6H+；0.0005
（4）＜
【解析】解：（1）已知：在 25℃、101kPa 下，1g甲醇燃燒生成 CO2和液態水時放熱 22.70kJ，32g甲醇燃燒生成二氧化碳和液態水放熱726.40KJ，甲醇燃燒的熱化學方程式為CH3OH（l）+ O2（g）=CO2（g）+2H2O（l）△H=﹣726.40KJ/mol，所以答案是：CH3OH（l）+ O2（g）=CO2（g）+2H2O（l）△H=﹣726.40KJ/mol；（2）圖象分析可知，甲醇變化濃度為0.75mol/L，甲醇的反應速率v（CH3OH）= =0.075mol/（Lmin ），反應速率之比等于化學方程式計量數之比，v（H2）=3v（CH3OH）=3×0.075mol/（Lmin ）=0.225mol/（Lmin ），結合化學三行計算得到，圖象分析可知體積為1L， CO2（g）+3H2（g）CH3OH（g）+H2O（g）
起始量（mol/L） 1 3 0 0
變化量（mol/L） 0.75 2.25 0.75 0.75
平衡量（mol/L） 0.25 0.75 0.75 0.75
該溫度下平衡常數K= =5.3
第10min 后，保持溫度不變，向該密閉容器中再充入0.75mol CO2（g）和1.5mol H2O（g），
Qc= =4.5＜K=5.3，反應正向進行，CO2（g）+3H2（g）CH3OH（g）+H2O（g）反應是氣體體積減小的反應，恒溫恒壓密閉容器中該反應達平衡狀態的依據是正逆反應速率相同是化學平衡的標志，A．反應速率之比等于化學方程式計量數之比為正反應速率之比，當3v正（CH3OH）=v逆（H2），說明氫氣正逆反應速率相同，表示反應達到平衡狀態，v正（CH3OH）=3v逆（H2）不能說明反應達到平衡狀態，故A錯誤；B．反應前后氣體質量相同，恒溫恒壓密閉容器中混合氣體的密度不變，能說明反應達到平衡狀態，故B正確；C．甲醇和水蒸氣濃度濃度和起始量變化量有關，c（CH3OH）=c（H2O）不能說明反應達到平衡狀態，故C錯誤；D．反應前后氣體物質的量變化，混合氣體的總物質的量不變說明反應達到平衡狀態，故D正確；所以答案是：0.225，正向，B D；（3）在甲醇燃料電池（電解質溶液為稀硫酸）中，正極發生還原反應，即O2放電，甲醇在負極失電子發生氧化反應，與甲醇電極相連的b為原電池陰極，與通入氧氣的電極相連的a為陽極，根據電解質溶液為酸性溶液，得出正極反應為：O2+4e﹣+4H+=2H2O，負極電極反應為：CH3OH﹣6e﹣+H2O=CO2+6H+ ， NaCl溶液的pH值變為12，即得出△n（OH﹣）=10﹣2mol/L×0.3L=0.003mol=△n（H+），根據電解池中陰極的電極反應2H++2e﹣=H2↑可知：電解池的陰極得0.003mol電子．而流經四個電極的電量相等，根據燃料電池的負極反應CH3OH﹣6e﹣+H2O=CO2+6H+可知CH3OH～6e﹣ ， 故失0.003mol電子時消耗0.0005mol甲醇．所以答案是：陽，CH3OH﹣6e﹣+H2O=CO2+6H+ ， 0.0005；（4）由圖可知最高點反應到達平衡，達平衡后，溫度越高，φ（CH3OH）越小，平衡向逆反應進行，升高溫度平衡吸熱方向進行，逆反應為吸熱反應，則正反應為放熱反應，即△H＜0，所以答案是：＜．
【考點精析】本題主要考查了化學平衡狀態本質及特征和化學平衡狀態的判斷的相關知識點，需要掌握化學平衡狀態的特征：“等”即 V正=V逆>0；“動”即是動態平衡，平衡時反應仍在進行；“定”即反應混合物中各組分百分含量不變；“變”即條件改變，平衡被打破，并在新的條件下建立新的化學平衡；與途徑無關，外界條件不變，可逆反應無論是從正反應開始，還是從逆反應開始，都可建立同一平衡狀態（等效）；狀態判斷：①v(B耗)=v(B生)②v(C耗):v(D生)=x : y③c(C)、C%、n(C)%等不變④若A、B、C、D為氣體，且m+n≠x+y，壓強恒定⑤體系顏色不變⑥單位時間內某物質內化學鍵的斷裂量等于形成量⑦體系平均式量恒定（m+n ≠ x+y）等才能正確解答此題．