Question

（2013?珠海模擬）甲醇是一種優(yōu)質燃料，可制作燃料電池．
（1）為探究用 CO₂ 來生產(chǎn)燃料甲醇的反應原理，現(xiàn)進行如下實驗：在體積為 1L 的密閉容器中，充入 1molCO₂ 和 3molH₂，一定條件下發(fā)生反應：
CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）△H=-49.0kJ/mol
測得 CO₂ 和 CH₃OH（g）的濃度隨時間變化如圖．請回答：
①從反應開始到平衡，氫氣的反應速率：v（H₂）=

0.225mol/（L?min）

．
②能夠說明該反應已達到平衡的是

AC

．
A．恒溫、恒容時，容器內的壓強不再變化
B．恒溫、恒容時，容器內混合氣體的密度不再變化
C．一定條件下，CO、H₂和CH₃OH的濃度保持不變
D．一定條件下，單位時間內消耗3molH₂的同時生成1mol CH₃OH
③下列措施中能使平衡混合物中 n（CH₃OH）/n（CO₂） 增大的是

CD

．
A．加入催化劑
B．充入 He（g），使體系壓強增大
C．將 H₂O（g）從體系中分離
D．降低溫度
④求此溫度（t₁）下該反應的平衡常數(shù) K₁=

5.33

（計算結果保留三位有效數(shù)字）．
⑤另在溫度（t₂）條件下測得平衡常數(shù) K₂，已知t₂＞t₁，則K₂

＜

K₁（填“＞”、“=”或“＜”）．
（2）以 CH₃OH 為燃料（以 KOH 溶液作電解質溶液）可制成 CH₃OH 燃料電池，則充入 CH₃OH 的電極為

負

極，充入O₂電極的反應式為

3O₂+12e^-+6H₂O═12OH^-（O₂+4e^-+2H₂O═4OH^-也算對）

．
（3）已知在常溫常壓下：
①2CH₃OH（l）+3O₂（g）═2CO₂（g）+4H₂O（g）△H ₁
②2CO（g）+O₂（g）═2CO₂（g）△H₂
則 1mol 甲醇不完全燃燒生成一氧化碳和氣態(tài)水時反應的△H=

1

2

（△H₁-△H₂）

．（用含△H₁、△H₂ 的式子表示）

Answer 1

分析：（1）①由圖象可知，10min到達平衡，平衡時甲醇的濃度變化為0.75mol/L，根據(jù)濃度變化量之比等于化學計量數(shù)之比氫氣的濃度變化量，再根據(jù)v=

△c

△t

計算出v（H₂）；
②根據(jù)達到平衡狀態(tài)正逆反應速率相等，各組分濃度不變進行判斷；
③使n（CH₃OH）/n（CO₂）應采取措施，使平衡向正反應移動，注意不能增大二氧化碳或降低甲醇的量；
④根據(jù)平衡常數(shù)等于生成物的濃度冪之積除以反應物的濃度冪之積計算；
⑤根據(jù)該反應為放熱反應，溫度升高，平衡向著逆向移動分析；
（2）燃料原電池中，甲醇失電子發(fā)生氧化反應，所以通入燃料的電極為負極，通入氧氣的電極為正極；氧氣得到電子生成氫氧根離子；
（3）根據(jù)熱化學方程式①②及蓋斯定律計算反應熱．

解答：解：（1）①由圖可知，10min到達平衡，平衡時甲醇的濃度變化為0.75mol/L，由方程式CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O可知，氫氣的濃度變化等于甲醇的濃度變化量為0.75mol/L×3=2.25mol/L，故v（H₂）=

2.25mol/L

10min

=0.225mol/（L?min），
故答案為：0.225mol/（L?min）       
②A．恒溫、恒容時，容器內的壓強不再變化，反應兩邊氣體體積不相等，壓強不變，說明正逆反應速率相等，達到了平衡狀態(tài)，故A正確；
B．恒溫、恒容時，容器內混合氣體的密度不再變化，混合氣體的質量不變，容器的容積不變，所以氣體的密度始終不變，所以密度不變，無法判斷是否達到平衡狀態(tài)，故B錯誤；
C．一定條件下，CO、H₂和CH₃OH的濃度保持不變，各組分濃度不變，說明正逆反應速率相等，達到了平衡狀態(tài)，故C正確；
D．一定條件下，單位時間內消耗3molH₂的同時生成1mol CH₃OH，表示的是正逆反應速率，無法判斷正逆反應速率是否相等，故D錯誤；
故選：A C；     
③使n（CH₃OH）/n（CO₂）應采取措施，使平衡向正反應移動，注意不能增大二氧化碳或降低甲醇的量，
A、加入催化劑，催化劑不影響化學平衡，n（CH₃OH）/n（CO₂）不變，故A錯誤，
B、充入He（g），使體系壓強增大，容器的容積不變，反應混合物的濃度不變，平衡不移動，n（CH₃OH）/n（CO₂）不變，故B錯誤，
C、將H₂O（g）從體系中分離，平衡向正反應移動，n（CH₃OH）/n（CO₂）增大，故C正確，
D、降低溫度，該反應正反應是放熱反應，降低溫度平衡向正反應移動，n（CH₃OH）/n（CO₂）增大，故D正確；
故答案為：CD；
④達到平衡時，c（CO₂）=0.25mol/L，c（CH₃OH）=0.75mol/L，c（H₂O）根據(jù)反應方程式，反應氫氣的消耗濃度為二氧化碳的3倍，所以平衡狀態(tài)時氫氣的濃度為：0.75mol/L；c（H₂O）=0.75mol/L，
該溫度下的平衡常數(shù)為：K=

0.75×0.75

0.25×0.753

≈5.33，
故答案為：5.33；   
⑤在溫度（t₂）條件下測得平衡常數(shù) K₂，已知t₂＞t₁，該反應為放熱反應，溫度升高，平衡向著逆向移動，平衡常數(shù)將減小，
故答案為：＜；
（2）燃料原電池中，甲醇失電子發(fā)生氧化反應，所以通入燃料甲醇的電極為負極；充入O₂電極的反應式為氧氣得到電子生成了氫氧根離子，電極反應為：3O₂+12e^-+6H₂O═12OH^-（O₂+4e^-+2H₂O═4OH^-也算對）
故答案為：負；3O₂+12e^-+6H₂O═12OH^-（O₂+4e^-+2H₂O═4OH^-也算對）；
（3）①2CH₃OH（l）+3O₂（g）═2CO₂（g）+4H₂O（g）△H ₁
②2CO（g）+O₂（g）═2CO₂（g）△H₂，
根據(jù)蓋斯定律，將反應①×

1

2

-反應②×

1

2

，可得：CH₃OH（l）+O₂（g）═CO（g）+2H₂O（g）

1

2

（△H₁-△H₂）
1mol甲醇不完全燃燒生成一氧化碳和氣態(tài)水時反應的△H=

1

2

（△H₁-△H₂），
故答案為：

1

2

（△H₁-△H₂）．

點評：本題考查較為綜合，涉及反應速率、平衡常數(shù)、平衡移動以及電化學等知識，題目難度不大，注意把握影響平衡移動的因素以及平衡移動方向的判斷．