Question

【題目】工業(yè)上利用合成氣(CO、CO2和H2)來生產(chǎn)甲醇，有關(guān)反應(yīng)的化學(xué)方程式及其在不同溫度下的化學(xué)平衡常數(shù)如下表所示。

化學(xué)反應(yīng)	平衡 常數(shù)	溫度/℃
		500	700	800
①2H2（g）+CO（g）CH3OH（g）△H1	K1	2.5	0.34	0.15
②H2（g）+CO2（g）H2O（g）+CO（g）△H2	K2	1.0	1.70	2.52
③3H2（g）+CO2（g）CH3OH（g）+H2O（g）△H3	K3

(1)若合成氣為H2和CO2，發(fā)生反應(yīng)III。

①由H2(g)和CO2(g)合成CH3OH(g)的△H3=___________。(用△H1、△H2表示)

②下列措施能使反應(yīng)III的平衡體系中n(CH3OH)/n(H2)增大的是___________(填字母代號)

A．將水蒸氣從體系中分離出去 B．恒壓時(shí)充入氦氣

C．升高溫度 D．恒容時(shí)再充入一定量CO2

③500℃測得反應(yīng)Ⅲ在10分鐘時(shí)，H2(g)、CO2(g)、CH3OH(g)、H2O(g)的濃度分別為2mol·L－1、1.0 mol·L－1、0.6 mol·L－1、0.6 mol·L－1，則此時(shí)v(正)___________V(逆)(填“>”“=”或“<”)。從開始到該時(shí)刻，用H2表示反應(yīng)的平均速率為v(H2)=___________。

(2)用合成氣H2、CO和CO2生產(chǎn)甲醇。當(dāng)n(H2)/n(CO+CO2)=a時(shí)，體系中CO平衡轉(zhuǎn)化率[α(CO)]與溫度和壓強(qiáng)關(guān)系的一些散點(diǎn)如圖所示。520K壓強(qiáng)為P時(shí)，α(CO)處于C點(diǎn)，

①若保持溫度不變，增大壓強(qiáng)，則可能是圖中的___________點(diǎn)(填字母，下同)。

②若保持壓強(qiáng)不變，升高溫度，則可能是圖中的___________點(diǎn)。

(3)利用甲醇燃料電池進(jìn)行電解的裝置如圖1，其中A、B、D均為石墨電極，C為銅電極。工作一段時(shí)間后斷開K，此時(shí)AB兩極上生成等物質(zhì)的量的氣體。

①乙中B電極為___________(填“陰極”或“陽極”)，該電極上生成的氣體在標(biāo)準(zhǔn)狀況下的體積為___________；

②丙裝置溶液中金屬陽離子的物質(zhì)的量(n)與轉(zhuǎn)移電子的物質(zhì)的量[n(e-)]變化關(guān)系如圖2，則圖中c線表示的是___________(填離子符號)的變化。

Answer 1

【答案】H1+H2 A D ＞ 0.18 mol·L1·min1 D I 陰極 2. 24 L Cu2＋

【解析】

(1)①根據(jù)蓋斯定律分析解答；

②根據(jù)蓋斯定律反應(yīng)①+反應(yīng)②得到反應(yīng)③，可得500°C時(shí)，平衡常數(shù)K3=K1K2=2.5×1.0=2.5，700°C時(shí)平衡常數(shù)K3=K1K2=0.34×1.7=0.578，溫度升高平衡常數(shù)減小，說明反應(yīng)為放熱反應(yīng)，結(jié)合化學(xué)平衡的影響因素分析判斷；

③根據(jù)Qc與K的關(guān)系分析判斷v正、v逆的大小；先計(jì)算用H2O表示反應(yīng)的平均速率，再根據(jù)速率之比等于化學(xué)反應(yīng)速率之比計(jì)算用H2表示反應(yīng)的平均速率；

(2)首先根據(jù)溫度對K的影響分析判斷反應(yīng)①②③的熱效應(yīng)，再根據(jù)改變的條件對反應(yīng)①②③的影響分析判斷；

(3)①在燃料電池中通入燃料的為負(fù)極，通入氧氣的為正極，結(jié)合原電池和電解池的工作原理分析解答；乙電解池中陰極上銅離子得電子生成銅，電極反應(yīng)為：Cu2++2e-=Cu，工作一段時(shí)間后，斷開K，此時(shí)A，B兩極上產(chǎn)生的氣體體積相同說明銅離子全部放電后溶液中氫離子放電生成氫氣，電極反應(yīng)為，2H++2e-=H2↑，根據(jù)得失電子守恒結(jié)合電極反應(yīng)式分析解答；

②根據(jù)轉(zhuǎn)移電子的物質(zhì)的量和金屬陽離子的物質(zhì)的量的變化，銅離子從無增多，鐵離子物質(zhì)的量減小，亞鐵離子增加，據(jù)此判斷。

(1)①反應(yīng)①2H2(g)+CO(g)CH3OH(g)△H1，反應(yīng)②H2(g)+CO2(g)H2O(g)+CO(g)△H2，根據(jù)蓋斯定律，將反應(yīng)①+反應(yīng)②得：反應(yīng)③3H2(g)+CO2(g)CH3OH(g)+H2O(g)△H3=H1+H2，故答案為：H1+H2；

②結(jié)合反應(yīng)①+②得到反應(yīng)③，可得500°C時(shí)，平衡常數(shù)K3=K1K2=2.5×1.0=2.5，700°C時(shí)平衡常數(shù)K3=K1K2=0.34×1.7=0.578，溫度升高平衡常數(shù)減小，說明反應(yīng)為放熱反應(yīng)，3H2(g)+CO2(g)CH3OH(g)+H2O(g)△H3＜0。A．將H2O(g)從體系中分離出去，平衡正向移動(dòng)，比值增大，故A正確；B．恒壓時(shí)充入He(g)，使體系壓強(qiáng)增大，分壓不變，平衡不移動(dòng)，比值不變，故B錯(cuò)誤；C．反應(yīng)為放熱反應(yīng)，升高溫度平衡逆向移動(dòng)，比值減小，故C錯(cuò)誤；D．恒容時(shí)再充入一定量CO2，平衡正向移動(dòng)，比值增大，故D正確；故答案為：AD；

③平衡常數(shù)是利用生成物平衡濃度冪次方乘積除以反應(yīng)物平衡濃度冪次方乘積，結(jié)合反應(yīng)①+②得到反應(yīng)③，可得平衡常數(shù)K3=K1K2=2.5×1.0=2.5，500℃時(shí)，測得反應(yīng)③在某時(shí)刻，H2(g)、CO2(g)、CH3OH(g)、H2O(g)的濃度分別為2mol·L－1、1.0 mol·L－1、0.6 mol·L－1、0.6 mol·L－1，Qc==0.045＜K=2.5，則此時(shí)v正＞v逆；從開始到該時(shí)刻，用H2O表示反應(yīng)的平均速率為v(H2O)== 0.06mol·L1·min1，用H2表示反應(yīng)的平均速率為v(H2)= 3v(H2O)=3×0.06mol·L1·min1= 0.18 mol·L1·min1，故答案為：＞；0.18 mol·L1·min1；

(2)①上述反應(yīng)②反應(yīng)前后物質(zhì)的量不變，①③反應(yīng)后物質(zhì)的量減少，則保持溫度不變，增大壓強(qiáng)，反應(yīng)①③平衡正向移動(dòng)，導(dǎo)致②的平衡也正向移動(dòng)，CO平衡轉(zhuǎn)化率[α(CO)]增大，可能變成圖中的D點(diǎn)，故答案為：D；

②反應(yīng)①的K隨溫度升高而減小，說明升高溫度，平衡逆向移動(dòng)；反應(yīng)②的K隨溫度升高而增大，說明升高溫度，平衡正向移動(dòng)；保持壓強(qiáng)不變，升高溫度，反應(yīng)①平衡逆向移動(dòng)，反應(yīng)②平衡正向移動(dòng)，導(dǎo)致CO平衡轉(zhuǎn)化率[α(CO)]減小，可能變成圖中的I點(diǎn)，故答案為：I；

(3)①在燃料電池中通入燃料的為負(fù)極，通入氧氣的為正極，則B電極為電解池的陰極，銅離子得電子生成銅，電極反應(yīng)為：Cu2++2e-=Cu，工作一段時(shí)間后，斷開K，此時(shí)A，B兩極上產(chǎn)生的氣體體積相同說明銅離子全部放電后溶液中氫離子放電生成氫氣，電極反應(yīng)為，2H++2e-=H2↑，設(shè)生成氣體物質(zhì)的量為X，溶液中銅離子物質(zhì)的量為0.1mol，電極反應(yīng)為：

Cu2+ + 2e- = Cu，

0.1mol 0.2mol

2H+ + 2e- = H2↑，

2x x

A電極為陽極，溶液中的氫氧根離子失電子生成氧氣，電極反應(yīng)為：

4OH--4e-=2H2O+O2↑，

4xx

根據(jù)得失電子守恒，0.2+2x=4x，解得x=0.1mol，乙中A極析出的氧氣或B極析出的氫氣物質(zhì)的量為0.1mol，在標(biāo)準(zhǔn)狀況下的體積為2.24L，故答案為：陰極；2.24L；

②根據(jù)轉(zhuǎn)移電子的物質(zhì)的量和金屬陽離子的物質(zhì)的量的變化，可知，銅離子從無增多，鐵離子物質(zhì)的量減小，亞鐵離子增加，a為Fe3+，b為Fe2+，c為Cu2+，故答案為：Cu2+。