Question

2．為倡導(dǎo)“節(jié)能減排”和“低碳經(jīng)濟”，目前工業(yè)上有一種方法是用CO₂來生產(chǎn)燃料乙醇．一定條件下發(fā)生反應(yīng)：2CO₂（g）+6H₂（g）?CH₃CH₂OH（g）+3H₂O（g）△H＜0．
（1）在一定條件下，在20L密閉容器中按物質(zhì)的量比為1：3充入CO₂和H₂，溫度在450K，n（H₂）隨時間變化如下表所示：

t/min	0	1	3	5
N（H2）/mol	8	6	5	5

在450℃、0～1min，υ（CH₃CH₂OH）=0.0167mol/（L•min）；此溫度下該反應(yīng)的化學(xué)平衡常數(shù)為6.22（結(jié)果保留三位有效數(shù)字）．
（2）在5MPa下測得平衡體系中各物質(zhì)的體積分?jǐn)?shù)隨溫度的變化曲線如圖所示：曲線乙表示的是CO₂（填物質(zhì)的化學(xué)式）的體積分?jǐn)?shù)，圖象中A點對應(yīng)的體積分?jǐn)?shù)b=18.8%（結(jié)果保留三位有效數(shù)字）．
（3）下列措施中能使化學(xué)平衡向正反應(yīng)方向移動的是BD
A．升高溫度              B．將CH₃CH₂OH（g）及時液化抽出
C．選擇高效催化劑         D．再充入l molCO₂和3molH₂
（4）25℃，1.01×10⁵Pa時，9.2g液態(tài)乙醇完全燃燒，當(dāng)恢復(fù)到原狀態(tài)時，放出273.4kJ的熱量，寫出表示乙醇燃燒的熱化學(xué)方程式：CH₃CH₂OH（l）+3O₂（g）═CO₂（g）+2H₂O（l）△H=-1367kJ•mol^-1．
（5）以石墨為電極，氫氧化鈉、乙醇、水、氧氣為原料，可以制成乙醇的燃料電池，寫出發(fā)生還原反應(yīng)的電極反應(yīng)式：O₂+2H₂O+4e^-═4OH^?．

Answer 1

分析 （1）根據(jù)圖求出0～1min，υ（H₂）=$\frac{\frac{8-6}{20}}{1}$=0.1mol•（L•min）^-1，然后根據(jù)速率之比等于對應(yīng)物質(zhì)的化學(xué)計量數(shù)之比，平衡常數(shù)等于平衡時生成物濃度冪之積比反應(yīng)物濃度冪之積，由此分析解答；
（2）反應(yīng)為放熱反應(yīng)，升高溫度平衡向逆反應(yīng)移動，平衡時CO₂與H₂的含量增大，開始n（H₂）/n（CO₂）=3，H₂與CO₂反應(yīng)按3：1進(jìn)行，平衡時H₂的含量是CO₂的含量三倍，平衡時H₂的含量比二氧化碳高；平衡時CH₃CH₂OH（g）、H₂O（g）的含量降低，CH₃CH₂OH與H₂O按1：3反應(yīng)，平衡時H₂O的含量是CH₃CH₂OH含量的三倍，平衡時H₂O的含量高；由①方向可知，圖中曲線乙和丙的交點A表示平衡時CO₂、H₂O的含量相等，令H₂與CO₂的起始物質(zhì)的量分別為3mol、1mol，設(shè)平衡時乙醇的物質(zhì)的量為xmol，利用三段式表示出平衡時各組分的物質(zhì)的量，再根據(jù)CO₂、H₂O的含量相對列方程計算解答；
（3）A．正反應(yīng)是放熱反應(yīng)，升高溫度平衡逆向移動；             
B．將CH₃CH₂OH（g）及時液化抽出，減少生成物的濃度平衡正向移動；
C．選擇高效催化劑，平衡不移動；         
D．再充入l molCO₂和3molH₂，相當(dāng)于增大壓強，平衡正向移動；
（4）9.2g液態(tài)乙醇完全燃燒，當(dāng)恢復(fù)到原狀態(tài)時，放出273.4kJ的熱量，則1mol 液態(tài)乙醇完全燃燒，當(dāng)恢復(fù)到原狀態(tài)時，放出1367kJ的熱量，據(jù)此書寫；
（5）正極氧氣發(fā)生還原反應(yīng)，電極反應(yīng)式為：O₂+2H₂O+4e^-═4OH^?．

解答 解：（1）根據(jù)圖求出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（變化）：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，
故答案為：0.0167mol/（L•min）；6.22； 
（2）反應(yīng)為放熱反應(yīng)，升高溫度平衡向逆反應(yīng)移動，平衡時CO₂與H₂的含量增大，開始n（H₂）/n（CO₂）=3，H₂與CO₂反應(yīng)按3：1進(jìn)行，平衡時H₂的含量是CO₂的含量三倍，平衡時H₂的含量比二氧化碳高，平衡時CH₃CH₂OH（g）、H₂O（g）的含量降低，CH₃CH₂OH與H₂O按1：3反應(yīng)，平衡時H₂O的含量是CH₃CH₂OH含量的三倍，平衡時H₂O的含量高；曲線甲、曲線乙隨溫度升高含量增大，且曲線Ⅰ的含量高，所以曲線甲表示H₂、曲線乙表示CO₂，曲線丙、曲線丁隨溫度升高含量減小，且曲線丙的含量高，所以曲線丙表示H₂O、曲線丁表示CH₃CH₂OH，2CO₂（g）+6H₂（g）=CH₃CH₂OH（g）+3H₂O（g）；
由①方向可知，圖中曲線Ⅱ和Ⅲ的交點a表示平衡時CO₂、H₂O的含量相等，令H₂與CO₂的起始物質(zhì)的量分別為3mol、1mol，設(shè)平衡時乙醇的物質(zhì)的量為xmol，則：
                   2CO₂（g）+6H₂（g）?CH₃CH₂OH（g）+3H₂O（g）
開始（mol）：1              3                  0                      0
變化（mol）：2x              6x                x                      3x
平衡（mol）：1-2x           3-6x             x                       3x
故1-2x=3x，解得x=0.2
故圖中曲線乙和丙的交點A對應(yīng)的體積分?jǐn)?shù)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%，
故答案為：CO₂；18.8；
（3）A．正反應(yīng)是放熱反應(yīng)，升高溫度平衡逆向移動，故不符合；             
B．將CH₃CH₂OH（g）及時液化抽出，減少生成物的濃度平衡正向移動，故符合；
C．選擇高效催化劑，平衡不移動，故不符合；         
D．再充入l molCO₂和3molH₂，相當(dāng)于增大壓強，平衡正向移動，故符合；
故選：BD；
（4）9.2g液態(tài)乙醇完全燃燒，當(dāng)恢復(fù)到原狀態(tài)時，放出273.4kJ的熱量，則1mol 液態(tài)乙醇完全燃燒，當(dāng)恢復(fù)到原狀態(tài)時，放出1367kJ的熱量，所以熱化學(xué)方程式為：CH₃CH₂OH（l）+3O₂（g）═CO₂（g）+2H₂O（l）△H=-1367kJ•mol^-1，
故答案為：CH₃CH₂OH（l）+3O₂（g）═CO₂（g）+2H₂O（l）△H=-1367kJ•mol^-1；
（5）正極氧氣發(fā)生還原反應(yīng)，電極反應(yīng)式為：O₂+2H₂O+4e^-═4OH^?，故答案為：O₂+2H₂O+4e^-═4OH^?．

點評 本題目綜合考查化學(xué)反應(yīng)速率和化學(xué)平衡移動的影響因素以及有關(guān)化學(xué)平衡的轉(zhuǎn)化率、平衡常數(shù)的計算等方面的知識，題目難度中等，注意明確影響化學(xué)反應(yīng)速率、化學(xué)平衡的因素，掌握化學(xué)平衡常數(shù)的概念及計算方法．