Question

【題目】甲醇是重要的化工原料，利用CO2和H2合成甲醇，發(fā)生的主反應(yīng)如下：CO2（g）+3H2（g）CH3OH（g）+H2O（g）△H
已知：在 25℃、101kPa 下，1g 甲醇燃燒生成 CO2和液態(tài)水時放熱 22.70kJ．
（1）請寫出表示甲醇燃燒熱的熱化學(xué)方程式 ．
（2）在一恒溫恒容密閉容器中充入1mol CO2和3molH2進行上述反應(yīng)．測得CO2和CH3OH（g）濃度隨時間變化如圖1所示．回答：0～10min內(nèi)，氫氣的平均反應(yīng)速率為mol/（Lmin）；第10min 后，保持溫度不變，向該密閉容器中再充入0.75mol CO2（g）和1.5molH2O（g），則平衡（填“正向”、“逆向”或“不”）移動．恒溫恒壓密閉容器中該反應(yīng)達平衡狀態(tài)的依據(jù)是（填序號） ．
A．v正（CH3OH）=3v逆（H2） B．混合氣體的密度不變
C．c（CH3OH）=c（H2O） D．混合氣體的總物質(zhì)的量不變
（3）如圖2，25℃時以甲醇燃料電池（電解質(zhì)溶液為稀硫酸）為電源來電解300mL某NaCl溶液，該裝置中 a 極為極，負極反應(yīng)式為 ． 在電解一段時間后，NaCl溶液的pH值變?yōu)?2（假設(shè)NaCl 溶液的體積不變），則理論上消耗甲醇的物質(zhì)的量為mol．
（4）取五份等體積的CO2和H2的混合氣體（物質(zhì)的量之比均為1：3），分別加入溫度不同、容積相同的恒容密閉容器中，發(fā)生上述反應(yīng)，反應(yīng)相同時間后，測得甲醇的體積分數(shù)φ（CH3OH）與反應(yīng)溫度T的關(guān)系曲線如圖3所示，則上述CO2轉(zhuǎn)化為甲醇的反應(yīng)的△H0（填“＞”、“＜”或“=”）．

Answer 1

【答案】
（1）CH3OH（l）+ O2（g）=CO2（g）+2H2O（l）△H=﹣726.40KJ/mol
（2）0.225；正向；BD
（3）陽；CH3OH﹣6e﹣+H2O=CO2+6H+；0.0005
（4）＜
【解析】解：（1）已知：在 25℃、101kPa 下，1g甲醇燃燒生成 CO2和液態(tài)水時放熱 22.70kJ，32g甲醇燃燒生成二氧化碳和液態(tài)水放熱726.40KJ，甲醇燃燒的熱化學(xué)方程式為CH3OH（l）+ O2（g）=CO2（g）+2H2O（l）△H=﹣726.40KJ/mol，所以答案是：CH3OH（l）+ O2（g）=CO2（g）+2H2O（l）△H=﹣726.40KJ/mol；（2）圖象分析可知，甲醇變化濃度為0.75mol/L，甲醇的反應(yīng)速率v（CH3OH）= =0.075mol/（Lmin ），反應(yīng)速率之比等于化學(xué)方程式計量數(shù)之比，v（H2）=3v（CH3OH）=3×0.075mol/（Lmin ）=0.225mol/（Lmin ），結(jié)合化學(xué)三行計算得到，圖象分析可知體積為1L， CO2（g）+3H2（g）CH3OH（g）+H2O（g）
起始量（mol/L） 1 3 0 0
變化量（mol/L） 0.75 2.25 0.75 0.75
平衡量（mol/L） 0.25 0.75 0.75 0.75
該溫度下平衡常數(shù)K= =5.3
第10min 后，保持溫度不變，向該密閉容器中再充入0.75mol CO2（g）和1.5mol H2O（g），
Qc= =4.5＜K=5.3，反應(yīng)正向進行，CO2（g）+3H2（g）CH3OH（g）+H2O（g）反應(yīng)是氣體體積減小的反應(yīng)，恒溫恒壓密閉容器中該反應(yīng)達平衡狀態(tài)的依據(jù)是正逆反應(yīng)速率相同是化學(xué)平衡的標志，A．反應(yīng)速率之比等于化學(xué)方程式計量數(shù)之比為正反應(yīng)速率之比，當(dāng)3v正（CH3OH）=v逆（H2），說明氫氣正逆反應(yīng)速率相同，表示反應(yīng)達到平衡狀態(tài)，v正（CH3OH）=3v逆（H2）不能說明反應(yīng)達到平衡狀態(tài)，故A錯誤；B．反應(yīng)前后氣體質(zhì)量相同，恒溫恒壓密閉容器中混合氣體的密度不變，能說明反應(yīng)達到平衡狀態(tài)，故B正確；C．甲醇和水蒸氣濃度濃度和起始量變化量有關(guān)，c（CH3OH）=c（H2O）不能說明反應(yīng)達到平衡狀態(tài)，故C錯誤；D．反應(yīng)前后氣體物質(zhì)的量變化，混合氣體的總物質(zhì)的量不變說明反應(yīng)達到平衡狀態(tài)，故D正確；所以答案是：0.225，正向，B D；（3）在甲醇燃料電池（電解質(zhì)溶液為稀硫酸）中，正極發(fā)生還原反應(yīng)，即O2放電，甲醇在負極失電子發(fā)生氧化反應(yīng)，與甲醇電極相連的b為原電池陰極，與通入氧氣的電極相連的a為陽極，根據(jù)電解質(zhì)溶液為酸性溶液，得出正極反應(yīng)為：O2+4e﹣+4H+=2H2O，負極電極反應(yīng)為：CH3OH﹣6e﹣+H2O=CO2+6H+ ， NaCl溶液的pH值變?yōu)?2，即得出△n（OH﹣）=10﹣2mol/L×0.3L=0.003mol=△n（H+），根據(jù)電解池中陰極的電極反應(yīng)2H++2e﹣=H2↑可知：電解池的陰極得0.003mol電子．而流經(jīng)四個電極的電量相等，根據(jù)燃料電池的負極反應(yīng)CH3OH﹣6e﹣+H2O=CO2+6H+可知CH3OH～6e﹣ ， 故失0.003mol電子時消耗0.0005mol甲醇．所以答案是：陽，CH3OH﹣6e﹣+H2O=CO2+6H+ ， 0.0005；（4）由圖可知最高點反應(yīng)到達平衡，達平衡后，溫度越高，φ（CH3OH）越小，平衡向逆反應(yīng)進行，升高溫度平衡吸熱方向進行，逆反應(yīng)為吸熱反應(yīng)，則正反應(yīng)為放熱反應(yīng)，即△H＜0，所以答案是：＜．
【考點精析】本題主要考查了化學(xué)平衡狀態(tài)本質(zhì)及特征和化學(xué)平衡狀態(tài)的判斷的相關(guān)知識點，需要掌握化學(xué)平衡狀態(tài)的特征：“等”即 V正=V逆>0；“動”即是動態(tài)平衡，平衡時反應(yīng)仍在進行；“定”即反應(yīng)混合物中各組分百分含量不變；“變”即條件改變，平衡被打破，并在新的條件下建立新的化學(xué)平衡；與途徑無關(guān)，外界條件不變，可逆反應(yīng)無論是從正反應(yīng)開始，還是從逆反應(yīng)開始，都可建立同一平衡狀態(tài)（等效）；狀態(tài)判斷：①v(B耗)=v(B生)②v(C耗):v(D生)=x : y③c(C)、C%、n(C)%等不變④若A、B、C、D為氣體，且m+n≠x+y，壓強恒定⑤體系顏色不變⑥單位時間內(nèi)某物質(zhì)內(nèi)化學(xué)鍵的斷裂量等于形成量⑦體系平均式量恒定（m+n ≠ x+y）等才能正確解答此題．