Question

6．工業(yè)上有一種用CO₂來生產(chǎn)甲醇燃料的方法：CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）△H=-49.0kJ•mol^-1
將6mol CO₂和8mol H₂充入2L的密閉容器中，測得H₂的物質(zhì)的量隨時間變化如如圖所示（實線）．圖中數(shù)據(jù)a（1，6）表示：在1min時H₂的物質(zhì)的量是6mol．
（1）a點正反應速率大于（填“大于”“等于”或“小于”）逆反應速率．計算其化學平衡常數(shù)K=0.5L²•mol^-2
（2）下列時間段平均反應速率最大的是A
A．O～1min
B．1～3min
C．3～8min
D．8～11min
（3）僅改變某一實驗條件再進行兩次實驗測得H₂的物質(zhì)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升高溫度，曲線Ⅱ?qū)�應的實驗條件改變是增大壓強或增大CO₂濃度．
（4）錳酸鋰、鈦酸鋰都是綠色環(huán)保新型能源材料，可以用MnO₂為原料制取錳酸鋰．
①以石墨為電極，電解酸化的MnSO₄溶液可制備MnO₂，則陽極的電極反應式為Mn²⁺+2H₂O-2e^-═MnO₂+4H⁺．
②MnO₂是堿性鋅錳電池的正極材料．堿性鋅錳電池放電時，正極的電極反應式為MnO₂+H₂O+e^-=MnO（OH）+OH^-．

Answer 1

分析 （1）a點時還沒有達到平衡狀態(tài)，從反應物的物質(zhì)的量的變化趨勢判斷反應進行的方向，依次判斷正逆反應速率大��；平衡常數(shù)K=$\frac{生成物平衡濃度冪次方乘積}{反應物平衡濃度冪次方乘積}$；
（2）根據(jù)曲線的斜率判斷，斜率越大，說明在單位時間內(nèi)反應物的變化率越大，反應速率越大，也可分別計算不同時間內(nèi)的反應速率大小來進行比較；
（3）從虛線變化判斷達到平衡時反應物的轉(zhuǎn)化的物質(zhì)的量來分析，曲線I反應速率增大，但轉(zhuǎn)化的氫氣的物質(zhì)的量少，應是升高溫度，因該反應放熱，升高溫度平衡逆向移動，曲線Ⅲ反應速率增大，轉(zhuǎn)化的氫氣的物質(zhì)的量多，平衡正向移動，應是增大壓強；
（4）①陽極上錳離子失電子發(fā)生氧化反應；
②原電池工作原理正極MnO₂得電子發(fā)生還原反應；

解答 解：（1）a點時還沒有達到平衡狀態(tài)，反應物氫氣的物質(zhì)的量繼續(xù)減小，平衡向正向移動，所以正反應速率大于逆反應速率，
                             CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）
起始物質(zhì)的量/mol      6                8              0                 0
物質(zhì)的量變化/mol      2                6             2                  2
平衡物質(zhì)的量/mol      4                2              2                 2      
K=$\frac{c（C{H}_{3}OH）c（{H}_{2}O）}{c（C{O}_{2}）{c}^{3}（{H}_{2}）}$=$\frac{\frac{2mol}{2L}×\frac{2mol}{2L}}{\frac{4mol}{2L}×（\frac{2mol}{2L}）^{3}}$=0.5L²•mol^-2，
故答案為：大于；0.5L²•mol^-2；
（2）分別計算不同時間內(nèi)的反應速率：0～1min內(nèi)，v（H₂）=$\frac{（8-6）mol}{2L×1min}$=1mol/（L•min）；1～3min內(nèi)，v（H₂）=$\frac{（6-3）mol}{2L×（3-1）min}$=0.75mol/（L•min）；3～8min內(nèi)，v（H₂）=$\frac{（3-1）mol}{2L×（8-3）min}$=0.1mol/（L•min）；8min后達到化學平衡狀態(tài)，正逆反應速率相等，綜合速率為零；所以0～1min內(nèi)反應速率最大，8～11min反應速率最小，
故答案為：A；
（3）曲線I反應速率增大，但轉(zhuǎn)化的氫氣的物質(zhì)的量少，應是升高溫度，因該反應放熱，升高溫度平衡逆向移動，不利于氫氣的轉(zhuǎn)化，故曲線I是升高溫度；曲線Ⅲ反應速率增大，轉(zhuǎn)化的氫氣的物質(zhì)的量多，因增大壓強平衡正向移動，故應是增大壓強，增大二氧化碳濃度也會使平衡正向進行，
故答案為：升高溫度；增大壓強或增大CO₂ 濃度
（4）①陽極上錳離子失電子和水反應生成二氧化錳和氫離子，電極反應式為Mn²⁺+2H₂O-2e^-═MnO₂+4H⁺，故答案為：Mn²⁺+2H₂O-2e^-═MnO₂+4H⁺；
②原電池中負極失去電子，正極得到電子，因此堿性鋅錳電池放電時，正極是二氧化錳得到電子，則電極反應式為：MnO₂+H₂O+e^-=MnO（OH）+OH^-，
故答案為：MnO₂+H₂O+e^-=MnO（OH）+OH^-；

點評 本題考查化學反應速率或平衡的圖象和熱化學反應方程式、電極反應式的書寫，考查計算反應速率的大小比較以及反應物轉(zhuǎn)化的多少，注意把握對題目圖象的分析．題目較為綜合，具有一定難度．