Question

18．碳素利用是環(huán)保科學(xué)家研究的熱點(diǎn)課題．
I．某研究小組現(xiàn)將三組CO（g）與H₂O（g）的混合氣體分別通入體積為2L的恒容密閉容器中，一定條件下發(fā)生反應(yīng)：CO（g）+H₂O（g）?CO₂（g）+H₂（g）△H＜0，得到如表數(shù)據(jù)：

實(shí)驗(yàn)組	溫度/℃	起始量（mol）		平衡量（mol）		達(dá)到平衡所 需要時(shí)間/min
		CO（g）	H2O（g）	CO2（g）	H2（g）
I	800	2	2	x	1	5
II	900	1	2	0.5	0.5	T1
III	900	2	2	a	a	T2

（1）實(shí)驗(yàn)I中，前5min的反應(yīng)速率υ（CO₂）=0.1mol/（L．min）．
（2）下列能判斷在800℃實(shí)驗(yàn)條件下CO（g）與H₂O（g）反應(yīng)一定達(dá)到平衡狀態(tài)的是BD．
A．容器內(nèi)壓強(qiáng)不再變化     B．n²（H₂）=n（H₂O）•n（CO）
C．混合氣體密度不變       D．υ_正（CO）=υ_逆（CO₂）
（3）實(shí)驗(yàn)II和III中CO的平衡轉(zhuǎn)化率：α_II（CO）＞α_III（CO） （填：＞、＜或=，下同），T₁＞T₂，a=$\sqrt{3}$-1（填精確數(shù)值）．
（4）若實(shí)驗(yàn)Ⅲ的容器改為在絕熱的密閉容器中進(jìn)行，實(shí)驗(yàn)測(cè)得H₂O（g）的轉(zhuǎn)化率隨時(shí)間變化的示意圖如圖所示，b點(diǎn)υ_正＞υ_逆（填“＜”、“=”或“＞”），t₃～t₄時(shí)刻，H₂O（g）的轉(zhuǎn)化率H₂O%降低的原因是該反應(yīng)達(dá)到平衡后，因反應(yīng)為放熱反應(yīng)且反應(yīng)容器為絕熱容器，故容器內(nèi)溫度升高，反應(yīng)逆向進(jìn)行．
（5）CO和H₂在一定條件下合成甲醇．甲醇/空氣堿性燃料電池中，消耗32g甲醇，電池中有轉(zhuǎn)移4.5mol電子．負(fù)極的電極反應(yīng)式為CH₃OH-6e^-+8OH^-=CO₃^2-+6H₂O．該電池中電流效率為75%．（電流效率η=$\frac{實(shí)際轉(zhuǎn)移電子數(shù)}{理論轉(zhuǎn)移電子數(shù)}$×100%）

Answer 1

分析 （1）根據(jù)v=$\frac{△c}{△t}$計(jì)算v（H₂），再根據(jù)速率之比等于化學(xué)計(jì)量數(shù)之比計(jì)算v（CO₂）；
（2）A．恒溫、恒容條件下，氣體的總物質(zhì)的量始終不變，壓強(qiáng)始終不變；
B．容器的體積為2L，初始濃度為1mol/L，平衡時(shí)氫氣濃度為0.5mol/L，則：
             CO（g）+H₂O（g）?CO₂（g）+H₂（g）
開始（mol/L）：1      1        0       0
變化（mol/L）：0.5    0.5      0.5    0.5
平衡（mol/L）：0.5    0.5       0.5    0.5
則800攝氏度下平衡常數(shù)K=$\frac{0.5×0.5}{0.5×0.5}$=1；
C．恒容條件下，反應(yīng)物和產(chǎn)物都是氣體，密度始終不變；
D．υ_正（CO）=υ_逆（CO₂），轉(zhuǎn)化成CO₂的正、逆反應(yīng)速率相等；
（3）實(shí)驗(yàn)III等效為在實(shí)驗(yàn)II的基礎(chǔ)上再加入1molCO，相同溫度下，增加CO濃度，CO的轉(zhuǎn)化率降低；濃度越大，反應(yīng)速率越快，到達(dá)平衡時(shí)間越短；
反應(yīng)前后氣體體積不變，用物質(zhì)的量代替濃度計(jì)算900℃的平衡常數(shù)K=$\frac{0.5×0.5}{（1-0.5）×（2-0.5）}$=$\frac{1}{3}$，
實(shí)驗(yàn)III：CO（g）+H₂O（g）?CO₂（g）+H₂（g）
開始（mol）：2      2        0       0
變化（mol）：a      a        a        a
平衡（mol）：2-a     2-a      a        a
再根據(jù)相同溫度下平衡常數(shù)不變列方程計(jì)算；
（4）c到達(dá)平衡，而b點(diǎn)未達(dá)到平衡，正反應(yīng)速率減小，逆反應(yīng)速率增大至相等；該反應(yīng)達(dá)到平衡后，因反應(yīng)為放熱反應(yīng)且反應(yīng)容器為絕熱容器，故容器內(nèi)溫度升高，反應(yīng)逆向進(jìn)行；
（5）甲醇在負(fù)極上發(fā)生氧化生成碳酸鹽，電極反應(yīng)式為：CH₃OH-6e^-+8OH^-=CO₃^2-+6H₂O，n（CH₃OH）=1mol，n（e-）=6 mol，電流效率η=$\frac{實(shí)際轉(zhuǎn)移電子數(shù)}{理論轉(zhuǎn)移電子數(shù)}$×100%．

解答 解：（1）v（H₂）=$\frac{\frac{1mol}{2L}}{5min}$=0.1mol/（L．min），速率之比等于化學(xué)計(jì)量數(shù)之比，則v（CO₂）=v（H₂）=0.1mol/（L．min），
故答案為：0.1mol/（L．min）；
（2）A．恒溫、恒容條件下，氣體的總物質(zhì)的量始終不變，壓強(qiáng)始終不變，故A錯(cuò)誤；
B．容器的體積為2L，初始濃度為1mol/L，平衡時(shí)氫氣濃度為0.5mol/L，則：
             CO（g）+H₂O（g）?CO₂（g）+H₂（g）
開始（mol/L）：1     1         0       0
變化（mol/L）：0.5    0.5      0.5     0.5
平衡（mol/L）：0.5     0.5      0.5     0.5
則800攝氏度下平衡常數(shù)K=$\frac{c（C{O}_{2}）×c（{H}_{2}）}{c（CO）×c（{H}_{2}O）}$=$\frac{0.5×0.5}{0.5×0.5}$=1，平衡時(shí)c（H₂）=c（CO₂），則n²（H₂）=n（H₂O）•n（CO），說明反應(yīng)到達(dá)平衡，故B正確；
C．恒容條件下，反應(yīng)物和產(chǎn)物都是氣體，密度始終不變，故C錯(cuò)誤；
D．υ_正（CO）=υ_逆（CO₂），轉(zhuǎn)化成CO₂的正、逆反應(yīng)速率相等，反應(yīng)到達(dá)平衡，
故選：BD；
（3）實(shí)驗(yàn)III等效為在實(shí)驗(yàn)II的基礎(chǔ)上再加入1molCO，相同溫度下，增加CO濃度，CO的轉(zhuǎn)化率降低；濃度越大，反應(yīng)速率越快，到達(dá)平衡時(shí)間越短，則：α_II（CO）＞α_III（CO），T₁＞T₂，反應(yīng)前后氣體體積不變，用物質(zhì)的量代替濃度計(jì)算900℃的平衡常數(shù)K=$\frac{0.5×0.5}{（1-0.5）×（2-0.5）}$=$\frac{1}{3}$，
實(shí)驗(yàn)III：CO（g）+H₂O（g）?CO₂（g）+H₂（g）
開始（mol）：2    2        0       0
變化（mol）：a    a         a       a
平衡（mol）：2-a   2-a       a       a
則$\frac{a×a}{（2-a）×（2-a）}$=$\frac{1}{3}$，解得a=$\sqrt{3}$-1，
故答案為：＞；＞；$\sqrt{3}$-1；
（4）c到達(dá)平衡，而b點(diǎn)未達(dá)到平衡，正反應(yīng)速率減小，逆反應(yīng)速率增大至相等，故b點(diǎn)υ_正＞υ_逆；
該反應(yīng)達(dá)到平衡后，因反應(yīng)為放熱反應(yīng)且反應(yīng)容器為絕熱容器，故容器內(nèi)溫度升高，反應(yīng)逆向進(jìn)行，故t₃～t₄時(shí)刻，H₂O（g）的轉(zhuǎn)化率降低，
故答案為：＞；該反應(yīng)達(dá)到平衡后，因反應(yīng)為放熱反應(yīng)且反應(yīng)容器為絕熱容器，故容器內(nèi)溫度升高，反應(yīng)逆向進(jìn)行；
（5）甲醇在負(fù)極上發(fā)生氧化生成碳酸鹽，電極反應(yīng)式為：CH₃OH-6e^-+8OH^-=CO₃^2-+6H₂O，n（CH₃OH）=$\frac{32g}{32g/mol}$=1mol，則n（e^-）=6 mol，電流效率η=$\frac{4.5mol}{6.0mol}$×100%=75%，
故答案為：CH₃OH-6e^-+8OH^-=CO₃^2-+6H₂O；75%．

點(diǎn)評(píng) 本題考查化學(xué)平衡計(jì)算、平衡狀態(tài)判斷、化學(xué)平衡影響因素、原電池等，注意理解掌握化學(xué)平衡常數(shù)的應(yīng)用．