Question

2．为倡导“节能减排”和“低碳经济”，目前工业上有一种方法是用CO₂来生产燃料乙醇．一定条件下发生反应：2CO₂（g）+6H₂（g）?CH₃CH₂OH（g）+3H₂O（g）△H＜0．
（1）在一定条件下，在20L密闭容器中按物质的量比为1：3充入CO₂和H₂，温度在450K，n（H₂）随时间变化如下表所示：

t/min	0	1	3	5
N（H2）/mol	8	6	5	5

在450℃、0～1min，υ（CH₃CH₂OH）=0.0167mol/（L•min）；此温度下该反应的化学平衡常数为6.22（结果保留三位有效数字）．
（2）在5MPa下测得平衡体系中各物质的体积分数随温度的变化曲线如图所示：曲线乙表示的是CO₂（填物质的化学式）的体积分数，图象中A点对应的体积分数b=18.8%（结果保留三位有效数字）．
（3）下列措施中能使化学平衡向正反应方向移动的是BD
A．升高温度              B．将CH₃CH₂OH（g）及时液化抽出
C．选择高效催化剂         D．再充入l molCO₂和3molH₂
（4）25℃，1.01×10⁵Pa时，9.2g液态乙醇完全燃烧，当恢复到原状态时，放出273.4kJ的热量，写出表示乙醇燃烧的热化学方程式：CH₃CH₂OH（l）+3O₂（g）═CO₂（g）+2H₂O（l）△H=-1367kJ•mol^-1．
（5）以石墨为电极，氢氧化钠、乙醇、水、氧气为原料，可以制成乙醇的燃料电池，写出发生还原反应的电极反应式：O₂+2H₂O+4e^-═4OH^?．

Answer 1

分析 （1）根据图求出0～1min，υ（H₂）=$\frac{\frac{8-6}{20}}{1}$=0.1mol•（L•min）^-1，然后根据速率之比等于对应物质的化学计量数之比，平衡常数等于平衡时生成物浓度幂之积比反应物浓度幂之积，由此分析解答；
（2）反应为放热反应，升高温度平衡向逆反应移动，平衡时CO₂与H₂的含量增大，开始n（H₂）/n（CO₂）=3，H₂与CO₂反应按3：1进行，平衡时H₂的含量是CO₂的含量三倍，平衡时H₂的含量比二氧化碳高；平衡时CH₃CH₂OH（g）、H₂O（g）的含量降低，CH₃CH₂OH与H₂O按1：3反应，平衡时H₂O的含量是CH₃CH₂OH含量的三倍，平衡时H₂O的含量高；由①方向可知，图中曲线乙和丙的交点A表示平衡时CO₂、H₂O的含量相等，令H₂与CO₂的起始物质的量分别为3mol、1mol，设平衡时乙醇的物质的量为xmol，利用三段式表示出平衡时各组分的物质的量，再根据CO₂、H₂O的含量相对列方程计算解答；
（3）A．正反应是放热反应，升高温度平衡逆向移动；             
B．将CH₃CH₂OH（g）及时液化抽出，减少生成物的浓度平衡正向移动；
C．选择高效催化剂，平衡不移动；         
D．再充入l molCO₂和3molH₂，相当于增大压强，平衡正向移动；
（4）9.2g液态乙醇完全燃烧，当恢复到原状态时，放出273.4kJ的热量，则1mol 液态乙醇完全燃烧，当恢复到原状态时，放出1367kJ的热量，据此书写；
（5）正极氧气发生还原反应，电极反应式为：O₂+2H₂O+4e^-═4OH^?．

解答 解：（1）根据图求出0～1min，υ（H₂）=$\frac{\frac{8-6}{20}}{1}$=0.1mol•（L•min）^-1，所以υ（CH₃CH₂OH）=$\frac{1}{6}×0.1$=0.0167mol/（L•min），
              2CO₂（g）+6H₂（g）?CH₃CH₂OH（g）+3H₂O（g）
c（初起）：$\frac{4}{30}$               0.4                 0                     0
c（变化）：0.05            0.15            0.025                  0.075
c（平衡）：0.08            0.25            0.025                  0.075
K=$\frac{0.07{5}^{3}×0.025}{0.0{8}^{2}×0.2{5}^{6}}$=6.22，
故答案为：0.0167mol/（L•min）；6.22； 
（2）反应为放热反应，升高温度平衡向逆反应移动，平衡时CO₂与H₂的含量增大，开始n（H₂）/n（CO₂）=3，H₂与CO₂反应按3：1进行，平衡时H₂的含量是CO₂的含量三倍，平衡时H₂的含量比二氧化碳高，平衡时CH₃CH₂OH（g）、H₂O（g）的含量降低，CH₃CH₂OH与H₂O按1：3反应，平衡时H₂O的含量是CH₃CH₂OH含量的三倍，平衡时H₂O的含量高；曲线甲、曲线乙随温度升高含量增大，且曲线Ⅰ的含量高，所以曲线甲表示H₂、曲线乙表示CO₂，曲线丙、曲线丁随温度升高含量减小，且曲线丙的含量高，所以曲线丙表示H₂O、曲线丁表示CH₃CH₂OH，2CO₂（g）+6H₂（g）=CH₃CH₂OH（g）+3H₂O（g）；
由①方向可知，图中曲线Ⅱ和Ⅲ的交点a表示平衡时CO₂、H₂O的含量相等，令H₂与CO₂的起始物质的量分别为3mol、1mol，设平衡时乙醇的物质的量为xmol，则：
                   2CO₂（g）+6H₂（g）?CH₃CH₂OH（g）+3H₂O（g）
开始（mol）：1              3                  0                      0
变化（mol）：2x              6x                x                      3x
平衡（mol）：1-2x           3-6x             x                       3x
故1-2x=3x，解得x=0.2
故图中曲线乙和丙的交点A对应的体积分数b=$\frac{3x}{1-2x+3-6x+x+3x}$×100%=$\frac{3x}{4-4x}$×100%=$\frac{3×0.2}{4-4×0.2}$×100%=18.8%，
故答案为：CO₂；18.8；
（3）A．正反应是放热反应，升高温度平衡逆向移动，故不符合；             
B．将CH₃CH₂OH（g）及时液化抽出，减少生成物的浓度平衡正向移动，故符合；
C．选择高效催化剂，平衡不移动，故不符合；         
D．再充入l molCO₂和3molH₂，相当于增大压强，平衡正向移动，故符合；
故选：BD；
（4）9.2g液态乙醇完全燃烧，当恢复到原状态时，放出273.4kJ的热量，则1mol 液态乙醇完全燃烧，当恢复到原状态时，放出1367kJ的热量，所以热化学方程式为：CH₃CH₂OH（l）+3O₂（g）═CO₂（g）+2H₂O（l）△H=-1367kJ•mol^-1，
故答案为：CH₃CH₂OH（l）+3O₂（g）═CO₂（g）+2H₂O（l）△H=-1367kJ•mol^-1；
（5）正极氧气发生还原反应，电极反应式为：O₂+2H₂O+4e^-═4OH^?，故答案为：O₂+2H₂O+4e^-═4OH^?．

点评 本题目综合考查化学反应速率和化学平衡移动的影响因素以及有关化学平衡的转化率、平衡常数的计算等方面的知识，题目难度中等，注意明确影响化学反应速率、化学平衡的因素，掌握化学平衡常数的概念及计算方法．