Question

12．工業(yè)上用CO生產(chǎn)燃料甲醇，一定條件下發(fā)生反應：CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）．圖1表示反應中能量的變化；圖2表示一定溫度下，在體積為2L的密閉容器中加入4mol H₂和一定量的CO后，CO和CH₃OH（g）的濃度隨時間變化．

（1）在“圖1”中，曲線b（填：a或b）表示使用了催化劑；該反應屬于放熱（填：吸熱、放熱）反應．
（2）下列說法正確的是AC
A．起始充入的CO為2mol         
B．增加CO濃度，CO的轉(zhuǎn)化率增大
C．容器中壓強恒定時，反應已達平衡狀態(tài)
D．保持溫度和密閉容器容積不變，再充入1molCO和2molH₂，再次達到平衡時$\frac{n（C{H}_{3}OH）}{n（CO）}$會減小
（3）從反應開始到建成平衡，v（H₂）=0.15mol•L^-1•min^-1；在該溫度下CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）的化學平衡常數(shù)為12L²•mol^-2．若保持其它條件不變，將反應體系升溫，則該反應化學平衡常數(shù)減�。ㄌ睢霸龃蟆�、“減小”或“不變”）．
（4）請在“圖3”中畫出平衡時甲醇百分含量（縱坐標）隨溫度（橫坐標）變化的曲線，要求畫壓強不同的2條曲線（在曲線上標出P₁、P₂，且P₁＜P₂）．
（5）有一類甲醇質(zhì)子交換膜燃料電池，工作時將甲醇轉(zhuǎn)化為甲酸，該電池的負極反應式為CH₃OH-4e^-+H₂O=HCOOH+4H⁺．
（6）已知CO、H₂的燃燒熱為283kJ/mol、285.8kJ/mol，寫出CH₃OH（g）燃燒熱的熱化學方程式CH₃OH （g）+$\frac{3}{2}$O₂（g）=CO₂（g）+2H₂O （l）△H=-763.6kJ/mol．
（7）常溫下，用0.1000mol•L^-1NaOH溶液滴定20.00mL0.1000mol•L^-1CH₃COOH溶液所得滴定曲線如圖4，則點①所示溶液中，關(guān)于CH₃COOH、CH₃COO^-、H⁺、OH^-4種微粒的等式為：c（CH₃COOH）+2c（H⁺）=c（CH₃COO^-）+2c（OH^-）．

Answer 1

分析 （1）根據(jù)圖中反應的活化能的大小來分析是否使用催化劑，利用反應前后的總能量來分析反應的能量變化；
（2）A、由圖2利用轉(zhuǎn)化的CO和平衡時CO的量來分析；
B、增加CO濃度，會促進氫氣的轉(zhuǎn)化，但本身的轉(zhuǎn)化率降低；
C、該反應為反應前后壓強不等的反應；
D、再充入1molCO和2molH₂，體積不變，則壓強增大，平衡正向移動；
（3）由圖2計算用CO表示的反應速率，再利用反應速率之比等于化學計量數(shù)之比來計算氫氣的反應速率，利用各物質(zhì)平衡的濃度來計算化學平衡常數(shù)；根據(jù)溫度升高，平衡逆向移動，反應物的濃度增大，生成物的濃度減少，平衡常數(shù)減�。�
（4）根據(jù)溫度和壓強對該反應的影響來分析；
（5）甲醇質(zhì)子交換膜燃料電池，工作時將甲醇轉(zhuǎn)化為甲酸，負極是甲醇失電子被氧化為甲酸，結(jié)合電荷守恒和原子守恒書寫電極反應；
（6）CO的燃燒熱為283kJ/mol，則CO的與氧氣反應的熱化學方程式為
CO（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）═CO₂（g）；△H=-283kJ/mol①
H₂的燃燒熱為285.8kJ/mol，則H₂與氧氣反應的熱化學方程式為H₂（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）═H₂O（l）；△H=-285.8kJ/mol②
由圖1可知，CO與H₂反應可制得甲醇的熱化學方程式為：CO（g）+2H₂（g）═CH₃OH（l）；△H=-91kJ/mol③
根據(jù)蓋斯定律，則CH₃OH燃燒熱的熱化學方程式由①+②×2-③可得；
（7）點①所示溶液中，為等濃度的醋酸和醋酸鈉溶液，醋酸的電離程度大于醋酸根離子的水解，溶液顯示酸性．

解答 解：（1）由圖可知，曲線b降低了反應所需的活化能，則b使用了催化劑，又該反應中反應物的總能量大于生成物的總能量，則該反應為放熱反應，
故答案為：b；放熱；
（2）A、由圖2可知生成0.75mol/LCH₃OH，則反應了0.75mol/LCO，平衡時有0.25mol/LCO，即CO的起始物質(zhì)的量為（0.75mol/l+0.25mol/L）×2L=2mol，故A正確；
B、增加CO濃度，會促進氫氣的轉(zhuǎn)化，氫氣的轉(zhuǎn)化率增大，但CO的轉(zhuǎn)化率減小，故B錯誤；
C、該反應為反應前后壓強不等的反應，則壓強不變時，該反應達到平衡狀態(tài)，故C正確；
D、再充入1molCO和2molH₂，體積不變，則壓強增大，平衡正向移動，再次達到平衡時n（CH₃OH）/n（CO）會增大，故D錯誤；
故答案為：AC；
（3）由圖2可知，反應中減小的CO的濃度為1mol/L-0.25mol/L=0.75mol/L，10min時達到平衡，
則用CO表示的化學反應速率為$\frac{0.75mol/L}{10min}$=0.075mol•L^-1•min^-1，
因反應速率之比等于化學計量數(shù)之比，則v（H₂）=0.075mol•L^-1•min^-1×2=0.15mol•L^-1•min^-1；
                        CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）
開始（mol/L） 1               2                 0
轉(zhuǎn)化（mol/L） 0.75         1.5              0.75
平衡（mol/L） 0.25         0.5              0.75
則化學平衡常數(shù)K═$\frac{0.75}{0.25×0．{5}^{2}}$L²•mol^-2=12L²•mol^-2；
因溫度升高，平衡逆向移動，反應物的濃度增大，生成物的濃度減少，平衡常數(shù)減小；
故答案為：0.15mol•L^-1•min^-1；12L²•mol^-2； 減小；
（4）CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）△H＜0，
則溫度越高，逆向反應進行的程度越大，甲醇的含量就越低，
壓強增大，反應正向進行的程度大，則甲醇的含量高，則圖象為
，故答案為：；

（5）甲醇質(zhì)子交換膜燃料電池，工作時將甲醇轉(zhuǎn)化為甲酸，負極是甲醇失電子被氧化為甲酸，電極反應為：CH₃OH-4e^-+H₂O=HCOOH+4H⁺，
故答案為：CH₃OH-4e^-+H₂O=HCOOH+4H⁺；
（6）CO的燃燒熱為283kJ/mol，則CO的與氧氣反應的熱化學方程式為
CO（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）═CO₂（g）；△H=-283kJ/mol①
H₂的燃燒熱為285.8kJ/mol，則H₂與氧氣反應的熱化學方程式為H₂（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）═H₂O（l）；△H=-285.8kJ/mol②
由圖1可知，CO與H₂反應可制得甲醇的熱化學方程式為：CO（g）+2H₂（g）═CH₃OH（l）；△H=-91kJ/mol③
根據(jù)蓋斯定律，則CH₃OH燃燒熱的熱化學方程式由①+②×2-③可得：
CH₃OH（l）+$\frac{3}{2}$O₂（g）=CO₂（g）+2H₂O（l）；△H=-763.6kJ/mol，
故答案為：CH₃OH （g）+$\frac{3}{2}$O₂（g）=CO₂（g）+2H₂O （l）△H=-763.6kJ/mol；
（7）點①所示溶液中，為等濃度的醋酸和醋酸鈉溶液由電荷守恒可知：c（CH₃COO^-）+c（OH^-）=c（Na⁺）+c（H⁺），點①反應后溶液是CH₃COONa與CH₃COOH物質(zhì)的量之比為1：1的混合物，所以c（CH₃COO^-）+c（CH₃COOH）=2c（Na⁺），計算得到：c（CH₃COOH）+2c（H⁺）=c（CH₃COO^-）+2c（OH^-），
故答案為：c（CH₃COOH）+2c（H⁺）=c（CH₃COO^-）+2c（OH^-）．

點評 本題考查化學反應速率、化學平衡及能量變化，學生應注意圖象的利用來分析解決問題，圖象中的信息是解答本題的關(guān)鍵，反應熱與焓變，注意蓋斯定律應用，為高頻考點，題目難度中等．