Question

13．甲醇是一種重要的化工原料，請(qǐng)根據(jù)以下材料回答相應(yīng)的問題：
Ⅰ已知：①CO（g）+H₂O（g）?CO₂（g）+H₂（g）△H=-51kJ•mol^-1；
     ②部分物質(zhì)的反應(yīng)能量變化如圖Ⅰ所示；
     ③利用原電池原理將CO轉(zhuǎn)化為甲醇如圖Ⅱ所示．

（1）寫出CO₂和H₂反應(yīng)生成CH₃OH（g）和H₂O（g）的熱化學(xué)方程式CO₂（g）+3H₂（g）=CH₃OH（g）+H₂O（g），△H=-40kJ•mol^-1．
（2）該電池中正極的電極反應(yīng)式為CO+4e^-+4H⁺=CH₃OH．
Ⅱ甲醇不完全燃燒產(chǎn)生的CO可利用I₂O₅來除去，其反應(yīng)為5CO（g）+I₂O₅（s）?5CO₂（g）+I₂（s）．不同溫度下，向裝有足量I₂O₅固體的2L恒容密閉容器中通入2molCO，測(cè)得的CO₂體積分?jǐn)?shù)隨著時(shí)間t變化曲線如圖所示．則：

（1）T₂溫度時(shí)，0-0.5min的反應(yīng)速率v（CO）=0.8mol•L^-1•min^-1．
（2）T₁溫度時(shí)，反應(yīng)達(dá)到平衡，CO的轉(zhuǎn)化率為80%，化學(xué)平衡常數(shù)K=1024（用具體數(shù)值表示）．
（3）下列說法正確的是BC（填編號(hào)）．
A．容器內(nèi)壓強(qiáng)不變，表明反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)
B．容器內(nèi)氣體面密度不變，表明反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)
C．單位時(shí)間內(nèi)，消耗amolCO，同時(shí)消耗2amolCO₂，表面反應(yīng)v（正）＜v（逆）
D．兩種溫度下，c點(diǎn)時(shí)體系中混合氣體的壓強(qiáng)相等
E.5CO（g）+I₂O₅（s）?5CO₂（g）+I₂（s），該反應(yīng)為吸熱反應(yīng)
（4）b點(diǎn)時(shí)溫度不變，若將容器體積增大至原來的兩倍，請(qǐng)?jiān)趫D中補(bǔ)充畫出CO₂體積分?jǐn)?shù)隨著時(shí)間t的變化曲線．

Answer 1

分析 （1）由圖可知：①CO（g）+2H₂（g）=CH₃OH（g）△H=-91kJ•mol^-1；而②CO（g）+H₂O（g）?CO₂（g）+H₂（g）△H=-51kJ•mol^-1；結(jié)合蓋斯定律分析解答；
（2）該電池中正極一氧化碳發(fā)生還原反應(yīng)；
（3）0到0.5min時(shí)CO₂的體積分?jǐn)?shù)（即物質(zhì)量分?jǐn)?shù)），列式計(jì)算即可求出從反應(yīng)開始至a點(diǎn)時(shí)的反應(yīng)速率為v（CO）；
（4）根據(jù)b點(diǎn)時(shí)CO₂的體積分?jǐn)?shù)φ（CO₂）求出CO和CO₂的平衡濃度進(jìn)而求出T₁時(shí)化學(xué)平衡常數(shù)K；
（3）A．兩邊氣體計(jì)量數(shù)相等，容器內(nèi)壓強(qiáng)始終不變；
B．容器內(nèi)氣體面密度不變，說明氣體的質(zhì)量不變；
C．單位時(shí)間內(nèi)，消耗amolCO，等效于生成amolCO，同時(shí)消耗2amolCO₂，所以v（正）＜v（逆）；
D．體積一定，氣體的物質(zhì)的量一定，溫度越高，壓強(qiáng)越大；
E．由圖T₂＞T₁，而溫度越高二氧化碳的體積分?jǐn)?shù)越小，所以平衡逆向移動(dòng)，則5CO（g）+I₂O₅（s）?5CO₂（g）+I₂（s），該反應(yīng)為放熱反應(yīng)；
（4）b點(diǎn)時(shí)，溫度不變，若將容器體積增大至原來的兩倍，反應(yīng)前后氣體體積不變，平衡不移動(dòng)，CO₂體積分?jǐn)?shù)不變，由此分析作圖；

解答 解：由①CO（g）+2H₂（g）=CH₃OH（g）△H=-91kJ•mol^-1；而②CO（g）+H₂O（g）?CO₂（g）+H₂（g）△H=-51kJ•mol^-1；根據(jù)蓋斯定律可知：CO₂（g）+3H₂（g）=CH₃OH（g）+H₂O（g），△H=①-②=-91+51=40kJ•mol^-1，故答案為：CO₂（g）+3H₂（g）=CH₃OH（g）+H₂O（g），△H=-40kJ•mol^-1；
（2）該電池中正極一氧化碳發(fā)生還原反應(yīng)，電極反應(yīng)式為：CO+4e^-+4H⁺=CH₃OH，故答案為：CO+4e^-+4H⁺=CH₃OH；
（3）0到0.5min時(shí)：
                   5CO（g）+I₂O₅（s）?5CO₂（g）+I₂（s）
起始量/mol    2                                  0
轉(zhuǎn)化量/mol    x                                 x
a點(diǎn)量/mol    2-x                                 x
根據(jù)a點(diǎn)時(shí)CO₂的體積分?jǐn)?shù)φ（CO₂）=$\frac{x}{2}$=0.40，得x=0.8mol
則從反應(yīng)開始至a點(diǎn)時(shí)的反應(yīng)速率為v（CO）=$\frac{0.8mol}{2L×0.5min}$=0.8mol•L^-1•min^-1，故答案為：0.8mol•L^-1•min^-1；
（4）T₁時(shí)：5CO（g）+I₂O₅（s）?5CO₂（g）+I₂（s）
始量/mol       2                                  0
轉(zhuǎn)化量/mol    x                                 x
a點(diǎn)量/mol    2-x                                 x
根據(jù)b點(diǎn)時(shí)CO₂的體積分?jǐn)?shù)φ（CO₂）=$\frac{x}{2}$=0.80，得x=1.6mol，c（CO）=0.2mol•L^-1，c（CO₂）=0.8mol•L^-1，所以一氧化碳的轉(zhuǎn)化率為：
$\frac{1.6}{2}×100%$=80%，T₁時(shí)化學(xué)平衡常數(shù)K=$\frac{c（C{O}_{2}）^{5}}{c（CO）^{5}}$=$\frac{0．{8}^{5}}{0．{2}^{5}}$=1024，
故答案為：80%；1024；
（3）A．兩邊氣體計(jì)量數(shù)相等，容器內(nèi)壓強(qiáng)始終不變，所以不能表明反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)，故錯(cuò)誤；
B．容器內(nèi)氣體面密度不變，說明氣體的質(zhì)量不變，表明反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)，故正確；
C．單位時(shí)間內(nèi)，消耗amolCO，等效于生成amolCO，同時(shí)消耗2amolCO₂，所以v（正）＜v（逆），故正確；
D．體積一定，氣體的物質(zhì)的量一定，溫度越高，壓強(qiáng)越大，所以壓強(qiáng)不等，故錯(cuò)誤；
E．由圖T₂＞T₁，而溫度越高二氧化碳的體積分?jǐn)?shù)越小，所以平衡逆向移動(dòng)，則5CO（g）+I₂O₅（s）?5CO₂（g）+I₂（s），該反應(yīng)為放熱反應(yīng)，故錯(cuò)誤；
故選：BC；
（4）b點(diǎn)時(shí)，溫度不變，若將容器體積增大至原來的兩倍，反應(yīng)前后氣體體積不變，平衡不移動(dòng)，CO₂體積分?jǐn)?shù)不變，所以圖象為：，故答案為：．

點(diǎn)評(píng) 本題考查化學(xué)平衡計(jì)算與影響因素、反應(yīng)速率計(jì)算、平衡常數(shù)、反應(yīng)熱計(jì)算等，需要學(xué)生熟練掌握基礎(chǔ)知識(shí)并靈活應(yīng)用．