Question

12．工業(yè)上一般在恒容密閉容器中可以采用下列反應合成甲醇：
CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）△H
（1）能判斷反應達到平衡狀態(tài)的依據(jù)是CD （填字母序號）．
A．2V_逆（H₂）=V_正（CO）
B．混合氣體的密度不變
C．混合氣體的平均相對分子質(zhì)量不變
D．CH₃OH、CO、H₂的濃度都不再發(fā)生變化
E．容器內(nèi)CO、H₂、CH₃OH的濃度之比為1：2：1
F、CO、H₂、CH₃OH的速率之比為1：2：1
（2）CO在不同溫度下的平衡轉(zhuǎn)化率與壓強的關系如圖1，該反應△H＜0（填“＞”或“＜”）

（3）一定溫度下，將4a mol H₂和2amol CO放入2L的密閉容器中，充分反應后測得CO的轉(zhuǎn)化率為50%，則：
①該反應的平衡常數(shù)為$\frac{1}{{a}^{2}}$．
②若此時再向該容器中投入a mol CO、2amol H₂ 和amol CH₃OH，判斷平衡移動的方向是正向移動 （“正向移動”“逆向移動”或“不移動”）；
③在其他條件不變的情況下，將容器體積壓縮到原來的$\frac{1}{2}$，與原平衡相比，下列有關說法正確的是BC（填字母）．
A．H₂的濃度減��；
B．正反應速率加快，逆反應速率也加快；
C．甲醇的物質(zhì)的量增加；
D．重新平衡時，$\frac{n（{H}_{2}）}{n（C{H}_{3}OH）}$增大；
（4）圖2表示在溫度分別為T₁、T₂時，平衡體系中H₂的體積分數(shù)隨壓強變化曲線，A、C兩點的反應速率A＜ C（填“＞”、“=”或“＜”，下同），A、C兩點的化學平衡常數(shù)A= C，由狀態(tài)B到狀態(tài)A，可采用降溫的方法（填“升溫”或“降溫”）．
（5）甲醇燃料電池（電解質(zhì)溶液為KOH溶液）結(jié)構示意圖3，寫出 a處電極上發(fā)生的電極反應式CH₃OH-6e^-+8OH^-=CO₃^2-+6H₂O．

Answer 1

分析 （1）可逆反應達到平衡狀態(tài)時，正逆反應速率相等，反應體系中各物質(zhì)的物質(zhì)的量、物質(zhì)的量濃度、百分含量以及由此引起的一系列物理量不變；
（2）相同壓強下，升高溫度平衡向吸熱方向移動；
（3）①在一定溫度下，若將4a mol H₂和2a mol CO放入2L的密閉容器中，充分反應后測得CO的轉(zhuǎn)化率為50%，依據(jù)平衡三段式列式計算；
                 CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）
起始量（mol/L）  a       2a          0
變化量（mol/L）50%×a    a           0.5a
平衡量（mol/L）0.5a      a           0.5a
化學平衡常數(shù)K=$\frac{c（C{H}_{3}OH）}{c（CO）．{c}^{2}（{H}_{2}）}$；
    ②若此時再向該容器中投入a mol CO、2a mol H₂和a mol CH₃OH，濃度為c（CO）=$\frac{a}{2}$mol/L+0.5amol/L=amol/L，c（H₂）=$\frac{2a}{2}$+amol/L=2a，c（CH₃OH）=$\frac{a}{2}$mol/L+0.5amol/L=amol/L，
根據(jù)濃度商與化學平衡常數(shù)相對大小判斷平衡移動方向；
  ③在其他條件不變的情況下，將容器體積壓縮到原來的$\frac{1}{2}$，壓強增大平衡正向移動；
（4）壓強越大化學反應速率越大，壓強A＜C，所以反應速率A＜C；
化學平衡常數(shù)只與溫度有關；相同壓強下，溫度從T₁到T₂，氫氣體積分數(shù)增大平衡逆向移動，正反應是放熱反應，平衡向吸熱方向移動，說明T₁＜T₂；
（5）甲醇燃料電池中通入甲醇的電極是負極、通入氧化劑的電極是正極，根據(jù)電子移動方向知，通入a的電極是負極、通入b的電極是正極，a為甲醇，該電極上甲醇失電子和氫氧根離子反應生成碳酸根離子和水．

解答 解：（1）A．V_逆（H₂）=2V_正（CO）=V_正（H₂）時該反應達到平衡狀態(tài)，所以當2V_逆（H₂）=V_正（CO）
時該反應沒有達到平衡狀態(tài)，故A錯誤；
B．反應前后氣體總質(zhì)量不變、容器體積不變，所以混合氣體的密度始終不變，不能據(jù)此判斷平衡狀態(tài)，故B錯誤；
C．反應前后氣體的總質(zhì)量不變但氣體的總物質(zhì)的量減小，其平均相對分子質(zhì)量增大，當混合氣體的平均相對分子質(zhì)量不變時各物質(zhì)的物質(zhì)的量不變，反應達到平衡狀態(tài)，故C正確；
D．CH₃OH、CO、H₂的濃度都不再發(fā)生變化時，正逆反應速率相等，反應達到平衡狀態(tài)，故D正確；
E．容器內(nèi)CO、H₂、CH₃OH的濃度之比為1：2：1時，該反應可能達到平衡狀態(tài)也可能沒有達到平衡狀態(tài)，與反應初始濃度及轉(zhuǎn)化率有關，故E錯誤；
F．CO、H₂、CH₃OH的速率之比為1：2：1時該反應可能達到平衡狀態(tài)也可能沒有達到平衡狀態(tài)，因為沒有明確反應方向，所以不能判斷平衡狀態(tài)，故F錯誤；
故選CD；
（2）相同壓強下，升高溫度平衡向吸熱方向移動，根據(jù)圖知相同壓強下升高溫度CO轉(zhuǎn)化率降低，說明平衡逆向移動，則正反應是放熱反應，△H＜0，故答案為：＜；
（3）①在一定溫度下，若將4a mol H₂和2a mol CO放入2L的密閉容器中，充分反應后測得CO的轉(zhuǎn)化率為50%，依據(jù)平衡三段式列式計算；
                 CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）
起始量（mol/L）  a       2a          0
變化量（mol/L）50%×a    a           0.5a
平衡量（mol/L）0.5a      a           0.5a
則該反應的平衡常數(shù)K=$\frac{0.5a}{0.5a×{a}^{2}}$=$\frac{1}{{a}^{2}}$，
故答案為：$\frac{1}{{a}^{2}}$；
②若此時再向該容器中投入a mol CO、2a mol H₂和a mol CH₃OH，濃度為c（CO）=0.5amol/L+0.5amol/L=amol/L，c（H₂）=$\frac{2a}{2}$+amol/L=2a，c（CH₃OH）=0.5amol/L+0.5amol/L=amol/L，Q=$\frac{a}{a×（2a）^{2}}$=$\frac{1}{4{a}^{2}}$＜K，平衡正向移動，故答案為：正向移動；
③縮小體積壓強增大平衡正向移動，
A．容器體積降為原來的一半，平衡正向移動，氫氣的物質(zhì)的量減少導致氫氣濃度減小但大于未減小容器體積時濃度，故A錯誤；
B．壓強增大，反應物、生成物濃度都增大，所以正逆反應速率都增大，故B正確；
C．平衡正向移動，則甲醇的物質(zhì)的量增加，故C正確；
D．平衡正向移動，氫氣的物質(zhì)的量減少、甲醇的物質(zhì)的量增大，所以重新平衡時，$\frac{n（{H}_{2}）}{n（C{H}_{3}OH）}$減小，故D錯誤；
故選BC；
（4）壓強越大化學反應速率越大，壓強A＜C，所以反應速率A＜C；
化學平衡常數(shù)只與溫度有關，A、C點溫度相同所以化學平衡常數(shù)相對；相同壓強下，溫度從T₁到T₂，氫氣體積分數(shù)增大平衡逆向移動，正反應是放熱反應，平衡向吸熱方向移動，說明T₁＜T₂；由A到B采用降溫方法，
故答案為：＜；=；降溫；
（5）甲醇燃料電池中通入甲醇的電極是負極、通入氧化劑的電極是正極，根據(jù)電子移動方向知，通入a的電極是負極、通入b的電極是正極，a為甲醇，該電極上甲醇失電子和氫氧根離子反應生成碳酸根離子和水，電極反應式為CH₃OH-6e^-+8OH^-=CO₃^2-+6H₂O，
故答案為：CH₃OH-6e^-+8OH^-=CO₃^2-+6H₂O．

點評 本題考查較綜合，涉及化學平衡計算、外界條件對化學平衡移動影響、原電池原理等知識點，為高頻考點，側(cè)重考查學生圖象分析判斷及計算能力，注意：化學平衡常數(shù)只與溫度有關，會根據(jù)化學平衡常數(shù)與濃度商的相對大小判斷反應進行方向，題目難度不大．