Question

（14分）工業上一般在恒容密閉容器中可以采用下列反應合成甲醇：CO(g)+2H₂(g)CH₃OH(g)
（1）判斷反應達到平衡狀態的依據是（填字母序號）__________

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．混合氣體的相對平均分子質量不變	D．CH3OH、CO、H2的濃度都不再發生變化

（2）下表所列數據是反應在不同溫度下的化學平衡常數（K）

溫度	250℃	300℃	350℃
K	2.041	0.270	0.012

 
①該反應化學平衡常數表達式K=                          
②由表中數據判斷該反應的△H__________0（填“>”、“=”或“<”）；
③某溫度下，將2molCO和6mol H₂充入2L的密閉容器中，充分反應后，達到平衡時測得C(CO)=0.2mol·L^-1，此時的溫度為__________
（3）25℃101KPa下，1g液態甲醇完全燃燒生成CO₂和液態水時放出熱量22.68kJ，表示甲醇燃燒熱的熱化學方程式為                                   
（4）據報道，最近摩托羅拉公司研發了一種由甲醇和氧氣以及強堿做電解質溶液的新型手機電池，電量可達現在使用的鎳氫電池或鋰電池的十倍，該電池工作時負極電極反應式為                  。若反應時消耗16g甲醇所產生的電能電解足量的CuSO₄溶液，則將產生標準狀況下的O₂________升

Answer 1

⑴C、 D；⑵①K=c(CH₃OH)/c(CO)·c²(H₂) ； ②△H＜0；③250℃
⑶ CH₃OH(l)+3/2O₂(g)=CO₂(g)+2H₂O(l)  ΔH=－725.76 kJ / mol
⑷ 負極CH₃OH -6e^－+8OH^－=CO₃^2－+6H₂O ； 產生標準狀況下的O₂16.8升

試題分析：A. CH₃OH是生成物，而CO是反應物，在任何時刻都存在生成CH₃OH的速率與消耗CO的速率相等，因此不能作為判斷平衡的標志。錯誤。B. 由于反應是在體積固定的密閉容器中進行，反應前后遵循質量守恒定律，所以在無論反應是否達到平衡，混合氣體的密度都不變。因此不能作為判斷平衡的標志。錯誤。C. 由于該反應是個反應前后氣體體積不等的可逆反應，若未達到平衡，氣體的物質的量就要發生變化，則氣體的密度也要發生變化，即混合氣體的相對平均分子質量也要發生變化。因此混合氣體的相對平均分子質量不變。可以作為判斷反應達到平衡的標志。正確。D. 若反應達到平衡，反應混合物中CH₃OH、CO、H₂的任何一個組分的消耗濃度與產生濃度相等，即濃度都不再發生變化。因此可以作為判斷反應達到平衡的標志。正確。⑵ ①化學平衡常數是可能反應達到平衡狀態時各生成物濃度冪指數的乘積與各反應物濃度冪指數的乘積的比。所以。②由表中數據可知：升高溫度，化學平衡常數減小。說明升高溫度，化學平衡逆向移動。根據平衡移動原理：升高溫度化學平衡向吸熱反應方向移動。逆反應方向為吸熱反應方向，所以該反應的正反應為放熱反應，△H＜0。③CO(g)+2H₂(g)CH₃OH(g)在反應開始時c(CO)=1mol/L；c(H₂)=3mol/L；c(CH₃OH)=0mol/L；當反應達到平衡時，C(CO)=0.2mol/L,所以根據方程式中各種物質的關系可知c(H₂)=1.4mol/L；c(CH₃OH)= 0.8mol/L化學平衡常數所以反應溫度為250℃。（3）燃燒熱是1mol的物質完全燃燒產生穩定的氧化物時放出的熱量。根據題目提供的數據可知：表示甲醇燃燒熱的熱化學方程式為CH₃OH(l)+3/2O₂(g)=CO₂(g)+2H₂O(l)   ΔH=－725.76 kJ / mol；（4）在燃料電池中，通入燃料的電極為負極，通入氧氣的電極為正極。由于電解質為堿性，所以在負極的電極反應式為CH₃OH -6e^－+8OH^－=CO₃^2－+6H₂O。n(CH₃OH)=16g÷32g/mol=0.5mol.所以n(e-)=0.5mol×6=3mol.根據電子守恒可得n(O₂)=3mol÷4=0.75mol,V(O₂)= 0.75mol×22.4L/mol=16.8L。