Question

隨著國際油價不斷攀升，合成CH₃OH替代汽油的研究成為熱點．
（1）工業(yè)上有一種方法是用CO₂來生產(chǎn)燃料甲醇．反應的熱化學方程式為：CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）△H=-49．OKJ/mol
為探究反應原理，現(xiàn)進行如下實驗，在體積為2L的密閉容器中，充入6molCO₂和8molH₂測得H₂的物質(zhì)的量隨時間的變化如圖中曲線所示．
①下列時間段內(nèi)平均反應速率最小的是

 

（填字母）．
A、0-1mim　  B、1-3min
C、3-8min     D、8-11min
②僅改變某一條件再進行兩次實驗，測得H₂的物質(zhì)的量隨時間變化如圖中II，III所示，曲線II對應改變的實驗條件是

 

，曲線III對應的實驗條件是

 

．
③根據(jù)圖中曲線I上所標數(shù)據(jù)，該反應達到平衡時，放出熱量為

 

kJ，該條件下的平衡常數(shù)K=

 

④下列措施中能使n（CH₃OH）/n（CO₂）（n為物質(zhì)的量）增大的是

 

．
A　升高溫度　　　
B　充入He（g），使體系壓強增大
C　將H₂O（g）從體系中分離　　　
D　再充入1molCO₂和3molH₂
（2）“甲醇-過氧化氫燃料電池”的結(jié)構(gòu)主要包括燃料腔，氧化劑腔和質(zhì)子交換膜三部分，放電過程中其中一個腔生成了二氧化碳．
①放電過程中氫離子生成的反應，發(fā)生在

 

腔中，該腔中的電極反應為

 

．
②放電過程中，若消耗1.5molH₂O₂，則生成的二氧化碳在標準狀況下的體積為

 

．

Answer 1

考點：化學平衡的影響因素,化學電源新型電池,反應速率的定量表示方法,化學平衡常數(shù)的含義

專題：化學平衡專題,電化學專題

分析：（1）①單位時間氫氣的物質(zhì)的量的變化量越大，表明平均速率越大，單位時間氫氣的物質(zhì)的量的變化量越小，平均反應速率越小．
②由圖可知，曲線Ⅰ最先到達平衡，平衡時氫氣的物質(zhì)的量增大，故改變條件應增大反應速率且平衡向逆反應移動；
曲線Ⅱ到達平衡的時間比原平衡短，平衡時氫氣的物質(zhì)的量減小，故改變條件應增大反應速率且平衡向正反應移動；
結(jié)合反應的特征進行分析．
③根據(jù)圖中曲線I上所標數(shù)據(jù)，平衡時氫氣的物質(zhì)的量為2mol，所以變化量為8mol-2mol=6mol；根據(jù)三行式求平衡常數(shù)；
④根據(jù)平衡的特點和平衡移動的原理分析解答，n（CH₃OH）/n（CO₂）（n為物質(zhì)的量）增大，通過改變條件使平衡正向移動；
（2）通入甲醇的一極為原電池的負極，發(fā)生氧化反應，電極反應式為CH₃OH-6e^-+H₂O=CO₂+6H⁺，正極加入H₂O₂，發(fā)生還原反應，電極反應式為H₂O₂+2H⁺+2e^-=2H₂O，結(jié)合原電池的工作原理解答該題．

解答： 解：（1）①由圖可知，0～1min內(nèi)氫氣的變化量為8mol-6mol=2mol；
 B．1～3min內(nèi)氫氣的變化量為6mol-3mol=3mol，平均1min變化量為1.5mol；
 C．3～8min內(nèi)氫氣的變化量為3mol-2mol=1mol，平均1min變化量為0.2mol；
D．8～11min達平衡狀態(tài)，氫氣的物質(zhì)的量不再變化．
故1～3min速率增大，8～11min速率最�。�
故答案為：D；
②對于可逆反應CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）△H=-49.0kJ?mol^-1，正反應是體積減小的放熱反應．
由圖1可知，曲線Ⅰ最先到達平衡，平衡時氫氣的物質(zhì)的量增大，故改變條件應增大反應速率且平衡向逆反應移動，可以采取的措施為：升高溫度．
曲線Ⅱ到達平衡的時間比原平衡短，平衡時氫氣的物質(zhì)的量減小，故改變條件應增大反應速率且平衡向正反應移動，可以采取的措施為：增大壓強或者是增大CO₂濃度，故答案為：升高溫度；增大壓強或者是增大CO₂濃度；
③變化量為8mol-2mol=6mol，所以放出熱量為

6

3

×49=98kJ；
             CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）
初起量（mol）  6       8        0          0
變化量（mol）  2       6        2          2
平衡量（mol）  4       2        2          2
所以K=

2 2 × 2 2

4 2 ×( 2 2 )2

=

1

2

（L²/mol²），故答案為：98；

1

2

（L²/mol²）；
④通過改變條件使平衡正向移動
A　升高溫度，平衡逆向移動，故錯誤；　　
B　充入He（g），使體系壓強增大，平衡不移動，故錯誤；
C　將H₂O（g）從體系中分離，平衡正向移動，故正確；　　　
D　再充入1molCO₂和3molH₂，相當于增大壓強，平衡正向移動，故正確；
故選：CD；
（2）通入甲醇的一極為原電池的負極，發(fā)生氧化反應，電極反應式為CH₃OH-6e^-+H₂O=CO₂+6H⁺，正極加入H₂O₂，發(fā)生還原反應，電極反應式為H₂O₂+2H⁺+2e^-=2H₂O，
①燃料放電后生成氫離子，故答案為：燃料；CH₃OH-6e^-+H₂O=CO₂+6H⁺；
②由電極反應式可知：3H₂O₂～～CO₂
                   3mol    22.4L
                 1.5mol    11.2L，
故答案為：11.2L．

點評：本題考查化學平衡圖象、反應速率大小判斷、外界條件對平衡的影響，電化學等，題目難度不大，注意圖象中利用“先拐先平”，即曲線先折拐的首先達到平衡，以此判斷溫度或壓強的高低，再依據(jù)外界條件對平衡的影響解答．