Question

工業上“固定”和利用CO₂能有效地減輕“溫室’效應。有一種用CO₂生產甲醇燃料的方法：CO₂(g)＋3H₂(g)CH₃OH(g)＋H₂O(g) ΔH =－49.0 kJ·mol^－1
（1）在相同溫度和容積不變時，能說明該反應已達平衡狀態的是　   

A．n(CO2)∶n(H2)∶n(CH3OH)∶n(H2O)＝1∶3∶1∶1

B．容器內壓強保持不變

C．H2的消耗速率與CH3OH的消耗速率之比為3∶1

D．容器內的密度保持不變

（2）一定溫度時將6 mol CO₂和8 mol H₂充入2L的密閉容器中，測得H₂的物質的量隨時間變化如圖所示(實線)。圖中數據a(1，6)代表的意思是：在1 min時H₂的物質的量是6 mol。

① a點正反應速率　　逆反應速率(填“大于”、“等于”或“小于”)。
② 僅改變某一實驗條件時，測得H₂的物質的量隨時間變化如圖中虛線所示，曲線Ⅰ對應的實驗條件改變是　      ，曲線Ⅱ對應的實驗條件改變是　  　 　。
③ 在題給圖中繪出加入催化劑對應的曲線。
④ 結合圖給實線的數據，計算該溫度時反應的化學平衡常數。（寫出計算過程）
（3）甲醇可用以制燃料電池，常用KOH作電解質溶液，負極的電極反應式為：       。

Answer 1

（16分）
（1）BC（3分，只選B或C得1分，全對得3分，凡其它有錯答案不得分）
（2）① 大于（1分）    ② 升高溫度 （2分）    增大壓強（2分）
③（2分）
④K=0.5L² ?mol^－2（計算過程見解析）
（三段式正確得1分，平衡常數表達式1分，帶單位表達式1分，計算結果含單位1分）
（3）CH₃OH+8OH^－—6e^－=CO₃^2－+ 6H₂O（ 2分，未配平扣1分）   

試題分析：（1）各組分變化的物質的量之比等于化學方程式中的系數之比，平衡時物質的量之比不一定等于系數之比，故A選項錯誤；正反應是氣體物質的量減小的方向，因此從正反應開始進行時，容器內氣體物質的量逐漸減小，壓強逐漸減小，若壓強保持不變，說明氣體總的物質的量保持不變，反應已達平衡，故B選項正確；氫氣是反應物，其消耗速率為v_正(H₂)，甲醇是生成物，其消耗速率為v_逆(CH₃OH)，二者之比等于化學方程式中相應的系數之比，說明反應已達平衡，故C選項正確；各組分都是氣體，則容器內氣體的總質量和容器的體積都保持不變，因此容器內氣體的密度始終不變，不能說明反應已達平衡，故D選項錯誤；（2）①氫氣是反應物，從正反應開始進行時，其物質的量逐漸減小，a點表示氫氣的物質的量還沒有達到極限，還能繼續減小，說明此時反應還在向正反應方向進行，所以v_正(H₂)> v_逆(H₂)；②讀圖可得，曲線I先達到平衡，且平衡時氫氣的物質的量比原平衡大，說明采取的條件既能增大反應速率，又能使平衡向逆反應方向移動，根據外界條件對反應速率和平衡移動的影響規律推斷，只有升高溫度才能得到曲線I，因為正反應是放熱反應；只有增大壓強才能得到曲線II，因為正反應是氣體體積減小的方向；③無催化劑變為有催化劑，只能加快反應速率，縮短達到平衡的時間，不能使平衡移動，不能改變氫氣起始時和平衡時的物質的量，由此可以畫出加入催化劑時氫氣的物質的量隨反應時間變化的示意圖，并作出必要的標注；④用三行數據法和定義式求平衡常數，則：
 CO₂(g)＋3H₂(g) CH₃OH(g)＋H₂O(g)
起始濃度/mol?L^－1        3        4           0         0
變化濃度/mol?L^－1       1       3          1         1
平衡濃度/mol?L^－1        2       1          1              1（2分）
K===0.5L² ?mol^－2；
（4）強堿溶液中燃料電池負極反應式的書寫可以分四步進行：首先，根據元素化合價變化情況確定負極的主要反應物和產物；其次，根據化合價升高總數確定失去電子數；第三，用氫氧根離子平衡反應物和生成物的電荷總數，使左右電荷守恒；最后，用水使左右氫、氧原子個數守恒；綜上所述，甲醇堿性燃料電池負極反應式為CH₃OH+8OH^－—6e^－==CO₃^2－+ 6H₂O。