Question

12．目前工業(yè)上有一種方法是用CO₂生產(chǎn)燃料甲醇．一定條件下發(fā)生反應(yīng)：CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g），圖1表示該反應(yīng)過程中能量（單位為kJ•mol^-1）的變化．

（1）該反應(yīng)為放熱反應(yīng)，原因是反應(yīng)物的總能量高于生成物的總能量．
（2）下列能說明該反應(yīng)已經(jīng)達(dá)到平衡狀態(tài)的是BC（填序號）
A．v （H₂）=3v（CO₂）                      B．容器內(nèi)氣體壓強(qiáng)保持不變
C．v_逆（CO₂）=v_正（CH₃OH）             D．容器內(nèi)氣體密度保持不變
（3）在體積為1L的密閉容器中，充入1molCO₂和3molH₂，測得CO₂和CH₃OH（g）的濃度隨時(shí)間變化如圖2所示．從反應(yīng)開始到平衡，用氫氣濃度變化表示的平均反應(yīng)速率v（H₂）=0.225mol/（L．min）． 達(dá)平衡時(shí)容器內(nèi)平衡時(shí)與起始時(shí)的壓強(qiáng)之比5：8．
（4）甲醇、氧氣在酸性條件下可構(gòu)成燃料電池，其負(fù)極的電極反應(yīng)式為CH₃ OH-6e^-+H₂O=6H⁺+CO₂．

Answer 1

分析 （1）圖象分析可知反應(yīng)物能量高于生成物反應(yīng)為放熱反應(yīng)；
（2）根據(jù)化學(xué)平衡狀態(tài)的特征解答，當(dāng)反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)時(shí)，正逆反應(yīng)速率相等，各物質(zhì)的濃度、百分含量不變，以及由此衍生的一些量也不發(fā)生變化，解題時(shí)要注意，選擇判斷的物理量，隨著反應(yīng)的進(jìn)行發(fā)生變化，當(dāng)該物理量由變化到定值時(shí)，說明可逆反應(yīng)到達(dá)平衡狀態(tài)；
（3）由圖2可知，甲醇的濃度變化量為0.75mol/L，根據(jù)v=$\frac{△c}{△t}$計(jì)算v（CH₃OH），再利用速率之比等于化學(xué)計(jì)量數(shù)之比計(jì)算v（H₂），相同條件下氣體壓強(qiáng)之比等于氣體物質(zhì)的量之比；
（4）甲醇、氧氣在酸性條件下可構(gòu)成燃料電池，其負(fù)極是甲醇失電子在酸性溶液中生成二氧化碳，結(jié)合電荷守恒和原子守恒配平書寫得到的電極反應(yīng)式

解答 解：（1）圖象分析可知反應(yīng)物二氧化碳和氫氣總你高于生成物甲醇和水蒸氣的總能量，反應(yīng)為放熱反應(yīng)，
故答案為：放熱；   反應(yīng)物的總能量高于生成物的總能量；
（2）CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g），為氣體體積減小的放熱反應(yīng)
A．反應(yīng)速率之比等于化學(xué)方程式計(jì)量數(shù)之比，為正反應(yīng)速率之比，v （H₂）=3v（CO₂）不能說明正逆反應(yīng)速率相同，不能證明反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)，故A錯(cuò)誤；
B．反應(yīng)前后氣體物質(zhì)的量發(fā)生變化，當(dāng)容器內(nèi)氣體壓強(qiáng)保持不變說明反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)，故B正確；
C．反應(yīng)速率之比等于化學(xué)方程式計(jì)量數(shù)之比，為正反應(yīng)速率之比，v_逆（CO₂）=v_正（CH₃OH），說明二氧化碳正逆反應(yīng)速率相同，故C正確；
D．反應(yīng)前后氣體體積和質(zhì)量不變，密度始終不變，容器內(nèi)氣體密度保持不變不能說明反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)，故D錯(cuò)誤；
故答案為：BC；
（3）由圖2可知，10min達(dá)平衡時(shí)甲醇的濃度變化量為0.75mol/L，所以v（CH₃OH）=$\frac{0.75mol/L}{10min}$=0.075mol/（L•min），速率之比等于化學(xué)計(jì)量數(shù)之比，所以v（H₂）=3v（CH₃OH）=3×0.075mol/（L•min）=0.225mol/（L•min），反應(yīng)前后氣體壓強(qiáng)之比等于其物質(zhì)的量之比，反應(yīng)前氣體物質(zhì)的量=4mol，依據(jù)三行計(jì)算列式得到；，甲醇生成0.75mol，最后達(dá)到平衡狀態(tài)二氧化碳物質(zhì)的量0.25mol，
                         CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g），
起始量（mol）     1              3                    0               0
變化量（mol）   0.75            2.25               0.75            0.75
平衡量（mol）   0.25            0.75               0.75           0.75
 達(dá)平衡時(shí)容器內(nèi)平衡時(shí)與起始時(shí)的壓強(qiáng)之比=（0.25+0.75+0.75+0.75）：（1+3）=5：8，
故答案為：0.225mol/（L．min）；5：8；
（4）甲醇、氧氣在酸性條件下可構(gòu)成燃料電池，其負(fù)極是甲醇失電子在酸性溶液中生成二氧化碳，結(jié)合電荷守恒和原子守恒配平書寫得到的電極反應(yīng)式為CH₃ OH-6e^-+H₂O=6H⁺+CO₂，
故答案為：CH₃ OH-6e^-+H₂O=6H⁺+CO₂；

點(diǎn)評 本題考查了化學(xué)圖象分析、化學(xué)平衡狀態(tài)的判斷、反應(yīng)速率概念計(jì)算、原電池電解反應(yīng)書寫等知識點(diǎn)，掌握基礎(chǔ)是解題關(guān)鍵，題目難度中等