Question

所以“低碳經(jīng)濟(jì)”正成為科學(xué)家研究的主要課題．
（1）將不同量的CO（g）和H₂O（g）分別通入到體積為2L的恒容密閉容器中，進(jìn)行反應(yīng)CO（g）+H₂O（g）═CO₂（g）+H₂（g），得到如下二組數(shù)據(jù)：

實(shí)驗(yàn)組	溫度℃	起始量/mol		平衡量/mol		達(dá)到平衡所需時(shí)間/min
		CO	H2O	H2	CO
1	650	4	2	1.6	2.4	6
2	900	2	1	0.4	1.6	3

①實(shí)驗(yàn)1條件下，反應(yīng)從開始至達(dá)到平衡，以v （CO₂） 表示的反應(yīng)速率為

 

（保留小數(shù)點(diǎn)后二位數(shù)，下同）．
②實(shí)驗(yàn)2條件下平衡常數(shù)K=

 

，該反應(yīng)為

 

（填“吸熱”或“放熱”）反應(yīng)．
合成氨工業(yè)的原料氣之一H₂可來源于以上反應(yīng)，請從平衡原理角度解釋：在不改變反應(yīng)物用量的前提下，可采取的能夠增大氫氣產(chǎn)率的措施是（任說一點(diǎn)即可）

 

．
（2）已知在常溫常壓下：
①2CH₃OH（l）+3O₂（g）═2CO₂（g）+4H₂O（g）△H₁=-1275.6kJ/mol
②2CO （g）+O₂（g）═2CO₂（g）△H₂=-566.0kJ/mol
寫出甲醇不完全燃燒生成一氧化碳和氣態(tài)水的熱化學(xué)方程式：

 

．
（3）有學(xué)者設(shè)想以如圖所示裝置用電化學(xué)原理將CO₂轉(zhuǎn)化為重要化工原料．若A為CO₂，B為H₂，C為CH₃OH．
①正極的電極反應(yīng)式為

 

；
②當(dāng)電路中有1mol e^-流過，負(fù)極區(qū)的pH不變，請結(jié)合化學(xué)用語簡述其原理

 

．

Answer 1

考點(diǎn)：化學(xué)平衡的計(jì)算,熱化學(xué)方程式,化學(xué)電源新型電池,反應(yīng)速率的定量表示方法

專題：基本概念與基本理論

分析：（1）①已知平衡時(shí)c（H₂）=1.6mol，所以c（CO₂）=1.6mol，根據(jù)公式求出v（CO₂）
②第二組溫度比第一組高，反應(yīng)物物質(zhì)的量比第一組減半，但是平衡時(shí)H₂的物質(zhì)的量比第一組的一半少，表明該反應(yīng)為放熱反應(yīng)；依據(jù)圖表數(shù)據(jù)列式計(jì)算平衡濃度，結(jié)合化學(xué)平衡常數(shù)概念計(jì)算；
（2）根據(jù)，再利用蓋斯定律來分析甲醇不完全燃燒生成一氧化碳和液態(tài)水的熱化學(xué)方程式；
（3）①燃料電池的工作原理，正極上是二氧化碳發(fā)生得電子發(fā)生還原反應(yīng)；
②有學(xué)者設(shè)想以如圖所示裝置用電化學(xué)原理將CO₂轉(zhuǎn)化為重要化工原料．若A為CO₂，B為H₂，C為CH₃OH．

解答： 解：（1）①已知平衡時(shí)c（H₂）=1.6mol，所以c（CO₂）=1.6mol，v（CO₂）=

1.6mol 2L

6min

=0.13mol/（L?min），故答案為：0.13mol/（L?min）；
②實(shí)驗(yàn)1中CO的轉(zhuǎn)化率為

1.6mol

4mol

×100%=40%，實(shí)驗(yàn)2中CO的轉(zhuǎn)化率為

0.4mol

0.4mol

×100%=20%，則實(shí)驗(yàn)1的轉(zhuǎn)化率大于實(shí)驗(yàn)2，則說明溫度升高平衡向逆反應(yīng)方向移動，正反應(yīng)放熱，實(shí)驗(yàn)2條件下，
           H₂O（g）+CO（g）?CO₂（g）+H₂（g）
初始濃度   0.5mol/L   1mol/L      0        0
轉(zhuǎn)化濃度  0.2mol/L   0.2mol/l   0.2mol/l  0.2mol/l 
平衡濃度  0.3mol/L   0.8mol/L   0.2mol/l  0.2mol/l 
K=

c(CO 2)c(H 2)

c(H2O)c(CO)

=

0.2×0.2

0.3×0.8

=0.17，
由上可知生成氫氣的反應(yīng)為放熱反應(yīng)，故可采取降溫的方法增大氫氣產(chǎn)率；
故答案為：0.17；放熱；降溫；
（2）①2CH₃OH（l）+3O₂（g）═2CO₂（g）+4H₂O（g）△H₁=-1275.6kJ/mol
②2CO （g）+O₂（g）═2CO₂（g）△H₂=-566.0kJ/mol
由蓋斯定律可知用

①-②

2

得反應(yīng)CH₃OH（l）+O₂（g）=CO（g）+2 H₂O（g），該反應(yīng)的反應(yīng)熱△H=

-1275.6kJ?mol -1-(-566.0kJ?mol -1)

2

=-354.8kJ?mol^-1，
故答案為：CH₃OH（l）+O₂（g）=CO（g）+2 H₂O（g）△H=-354.8kJ?mol^-1；
（3）①若A為CO₂，B為H₂，C為CH₃OH，電池總反應(yīng)式為CO₂+3H₂=CH₃OH+H₂O，則正極上是二氧化碳得到電子生成甲醇，電極反應(yīng)式為：CO₂+6H⁺+6e^-=CH₃OH+H₂O，
②負(fù)極反應(yīng)為  3H₂-6e^-=6H⁺，當(dāng)電路中有1mol e^-流過，負(fù)極產(chǎn)生6molH⁺，但正極剛好也消耗6molH⁺，則負(fù)極區(qū)的pH不變．
故答案為：CO₂+6H⁺+6e^-=CH₃OH+H₂O；負(fù)極反應(yīng)為  3H₂-6e^-=6H⁺，當(dāng)電路中有1mol e^-流過，負(fù)極產(chǎn)生6molH⁺，但正極剛好也消耗6molH⁺，則負(fù)極區(qū)的pH不變；

點(diǎn)評：本題考查了化學(xué)平衡的影響因素分析判斷，平衡常數(shù)計(jì)算應(yīng)用，蓋斯定律的計(jì)算應(yīng)用，原電池電極反應(yīng)的書寫方法等，題目難度中等．