Question

5．甲醇是一种可再生能源，具有广泛的开发和应用前景．工业上一般可采用如下反应来合成甲醇：CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）△H=-a  kJ/mol．  在T℃时，往一个体积固定为1L的密闭容器中加入1mol CO和2mol H₂，反应达到平衡时，容器内的压强是开始时的3/5．
（1）如图是该反应在不同温度下CO的转化率随时间变化的曲线．
①a＞0（填“＞”“＜”“=”）．
②下列说法正确的是d（填序号）．
a．1mol CO（g）和2mol H₂（g）所具有的能量小于1mol CH₃OH（g）所具有的能量
b．将1mol CO（g）和2mol H₂（g）置于一密闭容器中充分反应后放出a KJ的热量
c．升高温度，平衡向逆反应移动，上述热化学方程式中的a值将减小
d．如将一定量CO（g） 和H₂（g）置于某密闭容器中充分反应后放热aKJ，则此过程中有1molCO（g）被还原．
（2）①上述反应达到平衡时，CO的转化率为60%
②下列选项能判断该反应达到平衡状态的依据的有CF
A．2v（H₂）=v（CH₃OH）            B．CO的消耗速率等于CH₃OH的生成速率
C．容器内的压强保持不变      D．混合气体的密度保持不变
E．混合气体的颜色保持不变    F．混合气体的平均相对分子质量不随时间而变化
（3）已知在常温常压下：
①2CH₃OH（1）+3O₂（g）=2CO₂（g）+4H₂O（g）△H=-akJ•mol^-1
②2CO（g）+O₂（g）=2CO₂（g）△H=-bkl•mol^-1
③H₂O（g）=H₂O（1）△H=-ckJ•mol^-1
则CH₃OH（1）+O₂（g）═CO（g）+2H₂O（1）△H=$\frac{b-a-4c}{2}$kJ•mol^-1
（4）由甲醇、氧气和NaOH溶液构成的新型手机电池，可使手机连续使用一个月才充一次电．该电池负极的电极反应式为CH₃OH-6e^-+8OH^-=CO₃^2-+6H₂O．

Answer 1

分析 （1）①图象中先拐先平温度高，温度越高CO转化率越小，说明升温平衡逆向进行，正反应为放热反应；
②a．反应为放热反应，反应物能量高于生成物；
b．反应是可逆反应不能进行彻底；
c．反应焓变和物质能量有关，与变化过程无关；
d．如将一定量CO（g） 和H₂（g）置于某密闭容器中充分反应后放热aKJ，是反应焓变的数值，是1molCO完全反应放出的热量；
（2）①化学平衡三段式列式计算，压强关系是气体物质的量的关系；
②平衡标志是正逆反应速率相同，各组分含量保持不变，据此分析选项；
（3）结合热化学方程式和盖斯定律计算得到所需热化学方程式，
①2CH₃OH（l）+3O₂（g）═2CO₂（g）+4H₂O（g）△H═-akJ•mol^-1
②2CO（g）+O₂（g）═2CO₂（g）△H═-bkJ•mol^-1
③H₂O（g）═H₂O（l）△H═-ckJ•mol^-1
依据盖斯定律计算，$\frac{①+4×③-②}{2}$得到热化学方程式；
（4）甲醇燃料电池甲醇在负极失电子，碱溶液中生成碳酸盐，依据溶液中氢氧根离子配平电荷守恒．

解答 解：（1）①CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）△H=-a kJ/mol．图象分析可知先拐先平温度高，温度越高CO转化率越小，说明升温平衡逆向进行，正反应为放热反应，△H＜0，则a＞0，
故答案为：＞；
②CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）△H═-86.6KJ/mol，反应是气体体积减小的放热反应；
a．反应为放热反应，1mol CO（g）和2mol H₂（g）所具有的能量大于1mol CH₃OH（g）所具有的能量，故a错误；
b．将1mol CO（g）和2mol H₂（g）置于一密闭容器中充分反应，反应为可逆反应不能进行彻底，反应后放出的热量小于a KJ，故b错误；
c． 为放热反应，升高温度，平衡向逆反应移动，上述热化学方程式中的a值是焓变数值，确定的化学反应，焓变不随温度变化，只与起始和终了物质能量差有关，故c错误；
d．如将一定量CO（g） 和H₂（g）置于某密闭容器中充分反应后放热aKJ，是反应焓变的数值，则此过程中有1molCO（g）被还原．故d正确；
故答案为：d；
（2）工业上一般可采用如下反应来合成甲醇：CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）△H═-86.6KJ/mol，在T℃时，往一个体积固定为1L的密闭容器中加入Imol CO和2mol H₂，反应达到平衡时，容器内的压强是开始时的$\frac{3}{5}$，依据化学平衡三段式列式，设消耗的一氧化碳物质的量为x；
                        CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）
起始量（mol） 1               2                 0
变化量（mol） x                2x              x
平衡量（mol）1-x             2-2x             x
1-x+2-2x+x=3×$\frac{3}{5}$
x=0.6，
一氧化碳转化率=60%，
故答案为：60%；
②CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）△H═-86.6KJ/mol，反应是气体体积减小的放热反应；
A．反应速率之比等于化学方程式系数之比，是正反应之比，v（H₂）正═2v（CH₃OH）逆，才能说明反应达到平衡状态，故A错误；
B．CO的消耗速率等于CH₃OH的生成速率，说明反应正向进行，不能说明反应达到平衡状态，故B错误；
C．反应前后气体物质的量改变，容器内的压强保持不变，气体物质的量不变，说明反应达到平衡状态，故C正确；
D．气体质量不变，体积固定，混合气体的密度保持不变，不能说明反应达到平衡状态，故D错误；
E．混合气体都是无色气体，颜色保持不变不能说明反应达到平衡状态，故E错误；
F．气体质量不变，物质的量变化，混合气体的平均相对分子质量不随时间而变化，说明反应达到平衡状态，故F正确；
故答案为：CF；
（3）①2CH₃OH（l）+3O₂（g）═2CO₂（g）+4H₂O（g）△H═-akJ•mol^-1
②2CO（g）+O₂（g）═2CO₂（g）△H═-bkJ•mol^-1
③H₂O（g）═H₂O（l）△H═-ckJ•mol^-1
依据盖斯定律计算，$\frac{①+4×③-②}{2}$得到热化学方程式：CH₃OH（l）+O₂（g）═CO（g）+2H₂O（l）△H═$\frac{b-a-4c}{2}$KJ/mol；
故答案为：$\frac{b-a-4c}{2}$；
（4）燃料电池，电池的一个电极通 入空气，另一个电极通入甲醇气体，电解质是氢氧化钠溶液，根据原电池原理，正极电极反应是O₂得到电子生成氢氧根离子^-：O₂+2H₂O+4e^-=4OH^-，负极电极反应：CH₃OH-6e^-+8OH^-=CO₃^2-+6H₂O；
故答案为：CH₃OH-6e^-+8OH^-=CO₃^2-+6H₂O．

点评 本题考查了化学平衡影响因素、平衡转化率计算、热化学方程式书写、原电池电极反应和盖斯定律计算应用，电解池中电子守恒的计算分析，掌握基础是关键，题目难度中等．