Question

甲醇可作为燃料电池的原料．通过下列反应可以制备甲醇：CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）△H=-90.8kJ?mol^-1
在一容积可变的密闭容器中充入10mol CO 和20mol H₂，CO的平衡转化率随温度（T）、压强（P）的变化如图1所示，当达到平衡状态A 时，容器的体积为20L．

（1）T₁℃反应的平衡常数为

 

．
（2）图中P₁

 

 P₂（填“＞”、“＜”或“=”）．
（3）如反应开始时仍充入10mol CO和20mol H₂，则在平衡状态B时容器的体积V（B）=

 

L．
（4）关于反应CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）在化学平衡状态时的描述正确的是

 

（填字母，下同）．
A．CO的含量保持不变           B．容器中CH₃OH浓度与CO浓度相等
C．2v_正（CH₃OH）=v_正（H₂）     D．容器中混合气体的平均相对分子质量保持不变
（5）CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g），按照相同的物质的量投料，测得CO在不同温度下的平衡转化率与压强的关系如图2所示．下列说法正确的是

 

．
A．温度：T₁＜T₂＜T₃
B．正反应速率：v（a）＞ν（c）； v（b）＞v（d）
C．平衡常数：K（a）=K（c）； K（b）＞K（d）
D．平均摩尔质量：M（a）＜M（c）； M（b）＞M（d）
（6）已知CO₂（g）+H₂（g）?CO（g）+H₂O（g）△H=+41.3kJ?mol^-1，试写出由CO₂和H₂制取甲醇的热化学方程式

 

．
（7）以甲醇、CO₂、空气、熔融盐K₂CO₃组成燃料电池，写出该电池负极的电极反应式：

 

．

Answer 1

分析：（1）T₁℃利用A点时CO的转化率，结合化学平衡常数表达式，计算化学平衡常数；
（2）正反应方向为气体体积减小的方向，T₁℃时比较CO的转化率，转化率越大，则压强越大；
（3）A、B反应温度相等，则平衡常数相等，利用平衡常数计算；
（4）平衡标志是正逆反应速率相同，各成分浓度保持不变分析判断选项；
（5）A．该反应为放热反应，温度越低，CO的转化率越大；
B．由图可知，a、c两点压强相同，平衡时a点CO转化率更高，该反应为放热反应，温度越低，CO的转化率越大，故温度T₁＜T₃，温度越高，反应速率越快；b、d两点压强相同，温度越高，反应速率越大；
C．由图可知，a、c两点压强相同，平衡时a点CO转化率更高，该反应为放热反应，故温度T₁＜T₃，降低温度平衡向正反应方向移动，K值增大．平衡常数只与温度有关，b、d两点温度相同，平衡常数相同；
D．CO转化率的越大，n_总越小，由M=

m

n

，判断；
（6）利用盖斯定律，消去两个热化学方程式中的CO，可得到答案；
（7）该燃料电池负极发生氧化反应，则1molCH₃OH失去电子，转化为CO₂，共失去6mole^-，电解质溶液中含有CO₃^2-，得到电极反应式．

解答：解：（1）T₁℃利用A点时CO的转化率为50%，则CO转化的物质的量浓度为：

10mol

20L

×50%=0.25mol/L，H₂、CH₃OH转化的物质的量浓度分别为：0.5mol/L、0.25mol/L，平衡时，CO、H₂、CH₃OH浓度分别为：0.25mol/L、

20mol

20L

-0.5mol/L=0.5mol/L、0.25mol/L，K=

0.25mol/L

0.25mol/L×(0.5mol/L)2

=4 L²?mol^-2，故答案为：4 L²?mol^-2；
（2）正反应方向为气体体积减小的方向，T₁℃时比较CO的转化率，转化率越大，则压强越大，图象中P₂转化率大于P₁，可知P₁＜P₂，故答案为：＜；
（3）A、B两容器温度相同，即化学平衡常数相等，且B点时CO的转化率为0.8，
则            CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）
起始（mol）：10     20         0
转化（mol）：8      16         8
平衡（mol）：2       4         8
设体积为VL，则有K=

8 V

2 V ?( 4 V )2

=4，V=4L，
故答案为：4；
（4）CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g），
A．CO的含量保持不变，说明反应达到平衡，故A正确；
B．容器中CH₃OH浓度与CO浓度相等，与消耗量和起始量有关反应不一定达到平衡，故B错误；
C．反应速率之比等于化学方程式系数之比是正反应速率之比，2V_正（CH₃OH）=V_正（H₂），若2V_正（CH₃OH）=V_逆（H₂）说明V_正（H₂）=V_逆（H₂）说明反应达到平衡，故C正确；
D．混合气体质量不变，反应前后体积不同，反应过程中密度变化，容器中混合气体的密度保持不变说明反应达到平衡，故D正确；
故答案为：ACD；   
（5）A．该反应为放热反应，温度越低，CO的转化率越大，则T₁＜T₂＜T₃，故A正确；
B．由图可知，a、c两点压强相同，平衡时a点CO转化率更高，该反应为放热反应，温度越低，CO的转化率越大，故温度T₁＜T₃，温度越高，反应速率越快，故υ（a）＜υ（c）．b、d两点温度相同，压强越大，反应速率越大，b点大于d点压强，则v（b）＞v（d），故B错误；
C．由图可知，a、c两点压强相同，平衡时a点CO转化率更高，该反应为放热反应，故温度T₁＜T₃，降低温度平衡向正反应方向移动，则K（a）＞K（c），平衡常数只与温度有关，b、d两点温度相同，平衡常数相同，则K（b）=K（d），故C错误；
D．CO转化率的越大，n_总越小，由M=

m

n

，可知，a点n_总小，则M（a）＞M（c），M（b）＞M（d），故D错误；
故选A；
（6）利用盖斯定律，消去两个热化学方程式中的CO，可得到答案，写出热化学方程式为：CO₂（g）+3H₂（g）=CH₃OH（g）+H₂O（g）△H=-49.5 kJ?mol^-1，
故答案为：CO₂（g）+3H₂（g）=CH₃OH（g）+H₂O（g）△H=-49.5 kJ?mol^-1；
（7）该燃料电池负极发生氧化反应，则甲醇失去电子，用电解质溶液中的CO₃^2-，得到电极反应式：CH₃OH-6e^-+3CO₃^2-=4CO₂+2H₂O，故答案为：CH₃OH-6e^-+3CO₃^2-=4CO₂+2H₂O．

点评：本题考查盖斯定律，图象分析以及三段式计算的应用等，考查范围广，难度中等，对于化学平衡状态的判断和电极反应式是高考的热点，能够熟练应用．