Question

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）判斷反應達到平衡狀態(tài)的依據(jù)是

cd

（填序號）．
a． 生成CH₃OH的速率與消耗CO的速率相等
b． 混合氣體的密度不變
c． 混合氣體的總物質的量不變
d． CH₃OH、CO、H₂的濃度都不再發(fā)生變化
（2）CO在不同溫度下的平衡轉化率與壓強的關系如圖1

①該反應△H

＜

0（填“＞”或“＜”）．
②實際生產條件控制在250℃、1.3×10⁴ kPa左右，選擇此壓強的理由是

在1.3×10⁴Kpa下，CO轉化率已較高，再增大壓強CO轉化率提高不大，而生產成本增加，得不償失

．
（3）右圖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

升溫

的方法（填“升溫”或“降溫”）．
（4）一定條件下，0.5mol甲醇蒸氣完全燃燒生成二氧化碳氣體和液態(tài)水，放出Q KJ的熱量．寫出該反應的熱化學方程式

2CH₃OH（g）+3O₂（g）=2CO₂（g）+4H₂O（l）△H=-4Q kJ/mol

．
（5）圖3是甲醇燃料電池（電解質溶液為KOH溶液）結構示意圖，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）a、都是正反應速率；
b、恒容密閉容器，反應前后都是氣體，密度始終不變；
c、反應前后化學計量數(shù)之和不相等，物質的量不變，達到平衡狀態(tài)；
d、濃度不變，正逆反應速率相等；
（2）①根據(jù)圖示，溫度升高，CO轉化率降低，平衡向逆向移動；
②在1.3×10⁴Kpa下，CO轉化率已較高，再增大壓強CO轉化率提高不大，而生產成本增加，得不償失；
（3）A、C兩點溫度一樣，壓強C點大于A點，故反應速率A＜C；A、C兩點的溫度一樣，故化學平衡常數(shù)不變；狀態(tài)B到狀態(tài)A，H₂的體積分數(shù)增大，使平衡向逆向移動；
（4）2mol甲醇放出4Q熱量，熱化學方程式為：2CH₃OH（g）+3O₂（g）=2CO₂（g）+4H₂O（l）△H=-4Q kJ/mol；
（5）甲醇燃料電池，氫氧化鉀為電解質溶液，根據(jù)電子流動方向，a為陽極，電解反應為：CH₃OH-6e^-+8OH^-=CO₃^2-+6H₂O．

解答：解：（1）a、生成CH₃OH的速率與消耗CO的速率都是正反應速率，無法判斷是否達到平衡狀態(tài)，故a錯誤；
b、熱情容積固定，氣體的體積不變，故氣體的密度變化變化，故b錯誤；
c、反應前后都是氣體，化學計量數(shù)之和不相等，故混合氣體的總物質的量不變，可以判斷達到了平衡狀態(tài)，故c正確；
d、反應物和生成物的濃度不變，生成速率等于消耗速率，正逆反應速率相等，達到了平衡狀態(tài)，故d正確；
故選cd．
（2）①根據(jù)圖1，壓強相等情況下，升高溫度，CO轉化率降低，說明反應為放熱，＜0；
故答案為：＜；
②、由于在1.3×10⁴Kpa下，CO轉化率已經較高，若再增大壓強，CO轉化率提高不大，反而造成生產成本增加，得不償失；
故答案為：在1.3×10⁴Kpa下，CO轉化率已較高，再增大壓強CO轉化率提高不大，而生產成本增加，得不償失．
（3）根據(jù)圖2，A、C兩點溫度相同，C點的壓強大于A點，故反應速率：A＜C；由于溫度相同，故A、C的化學平衡常數(shù)相等；B點氫氣的含量小于A點的，反應放熱，若要提高氫氣的含量，必須升高溫度；
故答案為：＜，=，升溫；
（4）2mol甲醇燃燒放出的熱量為4Q，故甲醇燃燒的熱化學方程式為：2CH₃OH（g）+3O₂（g）=2CO₂（g）+4H₂O（l）△H=-4Q kJ/mol；
故答案為：2CH₃OH（g）+3O₂（g）=2CO₂（g）+4H₂O（l）△H=-4Q kJ/mol；
（5）圖3中，甲醇燃料電池，電解質溶液為KOH溶液，再根據(jù)電子流動方向，a為陽極，發(fā)生氧化反應，反應離子方程式：CH₃OH-6e^-+8OH^-=CO₃^2-+6H₂O；
故答案為：CH₃OH-6e^-+8OH^-=CO₃^2-+6H₂O．

點評：本題考查了化學平衡狀態(tài)的判斷，通過圖示分析，獲得合理數(shù)據(jù)，涉及了燃燒化學方程式的書寫、電解反應書寫，題量較多，難度稍大．