Question

工業(yè)上用CO生產燃料甲醇，一定條件下發(fā)生反應：CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）．圖1表示反應中能量的變化；圖2表示一定溫度下，在體積為2L的密閉容器中加入4mol H₂和一定量的CO后，CO和CH₃OH（g）的濃度隨時間變化．
請回答下列問題：
（1）在“圖1”中，曲線

 

（填：a或b）表示使用了催化劑；該反應屬于

 

（填：吸熱、放熱）反應．
（2）下列說法正確的是

 

．
A．起始充入的CO為1mol
B．增加CO濃度，CO的轉化率增大
C．容器中壓強恒定時，反應已達平衡狀態(tài)
D．保持溫度和密閉容器容積不變，再充入1mol CO和2mol H₂，再次達到平衡時n（CH₃OH）/n（CO）會減小
（3）從反應開始到建立平衡，v（H₂）=

 

；該溫度下CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）的化學平衡常數為

 

．若保持其它條件不變，將反應體系升溫，則該反應化學平衡常數

 

（填“增大”、“減小”或“不變”）．
（4）請在“圖3”中畫出平衡時甲醇百分含量（縱坐標）隨溫度（橫坐標）變化的曲線，要求畫壓強不同的2條曲線（在曲線上標出P₁、P₂，且P₁＜P₂）．
（5）已知CH₃OH（g）+

3

2

O₂（g）=CO₂（g）+2H₂O（g）△H=-192.9kJ/mol又知H₂O（l）=H₂O（g）△H=+44kJ/mol，請寫出32g的CH₃OH（g）完全燃燒生成液態(tài)水的熱化學方程式

 

．
（6）甲醇對水質會造成一定的污染，有一種電化學法可消除這種污染，其原理是：將Co²⁺氧化成Co³⁺，然后以Co³⁺做氧化劑把水中的甲醇氧化成CO₂而凈化．寫出用Co³⁺除去甲醇的離子方程式

 

．

Answer 1

分析：（1）根據圖中反應的活化能的大小來分析是否使用催化劑，利用反應前后的總能量來分析反應的能量變化；
（2）A．利用轉化的CO和平衡時CO的量來分析；
B．增加CO濃度，會促進氫氣的轉化；
C．該反應為反應前后壓強不等的反應；
D．再充入1molCO和2molH₂，體積不變，則壓強增大，平衡正向移動．
（3）由圖2計算用CO表示的反應速率，再利用反應速率之比等于化學計量數之比來計算氫氣的反應速率，利用各物質平衡的濃度來計算化學平衡常數；
（4）根據溫度和壓強對該反應的影響來分析；
（5）根據蓋斯定律來解答；
（6）以Co³⁺做氧化劑把水中的甲醇氧化成CO₂而凈化，自身被還原為Co²⁺，結合原子守恒與電荷守恒可知，還原生成H⁺．

解答：解：（1）由圖可知，曲線b降低了反應所需的活化能，則b使用了催化劑，又該反應中反應物的總能量大于生成物的總能量，則該反應為放熱反應，故答案為：b；放熱；  
（2）A．由圖2可知生成0.75mol/LCH₃OH，則反應了0.75mol/LCO，平衡時有0.25mol/LCO，即CO的起始物質的量為（0.75mol/l+0.25mol/L）×2L=2mol，故A錯誤；
B．增加CO濃度，會促進氫氣的轉化，氫氣的轉化率增大，但CO的轉化率減小，故B錯誤；
C．該反應為反應前后壓強不等的反應，則壓強不變時，該反應達到平衡狀態(tài)，故C正確；
D．再充入1molCO和2molH₂，體積不變，則壓強增大，平衡正向移動，再次達到平衡時

n(CH3OH)

n(CO)

會增大，故D錯誤．
故答案為：C；
（3）由圖2可知，反應中減小的CO的濃度為1mol/L-0.25mol/L=0.75mol/L，10min時達到平衡，
則用CO表示的化學反應速率為

0.75mol/L

10min

=0.075mol?L^-1?min^-1，
因反應速率之比等于化學計量數之比，則v（H₂）=0.075mol?L^-1?min^-1×2=0.15mol?L^-1?min^-1，
      CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）
開始1mol/L    2mol/L               0
轉化0.75mol/L 1.5mol/L             0.75mol/L
平衡0.25mol/L 0.5mol/L             0.75mol/L
則化學平衡常數K=

0.75mol/L

0.25mol/L×(0.5mol/L ) 2

=12 L²?mol^-2，
故答案為：0.15mol?L^-1?min^-1；12 L²?mol^-2；
（4）CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）△H＜0，
則溫度越高，逆向反應進行的程度越大，甲醇的含量就越低，
壓強增大，反應正向進行的程度大，則甲醇的含量高，則圖象為
，故答案為：；
（5）CH₃OH（g）+

3

2

O₂（g）=CO₂（g）+2H₂O（g）△H=-192.9kJ/mol  ①
                H₂O（l）=H₂O（g）△H=+44kJ/mol             ②
①-②×2得：CH₃OH（g）+

3

2

O₂（g）=CO₂（g）+2H₂O（l）△H=-280.9kJ/mol，
故答案為：CH₃OH（g）+

3

2

O₂（g）=CO₂（g）+2H₂O（l）△H=-280.9kJ/mol；
（6）以Co³⁺做氧化劑把水中的甲醇氧化成CO₂而凈化，自身被還原為Co²⁺，結合原子守恒與電荷守恒可知，還原生成H⁺，配平書寫離子方程式為：6Co³⁺+CH₃OH+H₂O=CO₂↑+6Co²⁺+6H⁺；
故答案為：6Co³⁺+CH₃OH+H₂O=CO₂↑+6 Co²⁺+6H⁺．

點評：本題考查反應速率的計算、化學平衡有關計算、熱化學方程式書寫、氧化還原反應等，難度中等，注意對知識的理解與掌握，是對學生能力的考查．