Question

工業(yè)上用CO生產燃料甲醇．一定條件下發(fā)生反應：CO（g）+2H₂（g）═CH₃OH（g）．圖1表示反應中能量的變化；圖2表示一定溫度下，在體積為2L的密閉容器中加入4mol H₂和一定量的CO后，CO和CH₃OH（g）的濃度隨時間變化．

請回答下列問題：
（1）在“圖1”中，曲線

 

（填：a或b）表示使用了催化劑；該反應屬于

 

（填：吸熱、放熱）反應．
（2）下列說法正確的是

 

A．該反應的反應熱為：△H=91kJ?mol^-1
B．起始充入的CO為2mol
C．容器中壓強恒定時，反應已達平衡狀態(tài)    
D．增加CO濃度，CO的轉化率增大
E．保持溫度和密閉容器容積不變，再充入1molCO和2molH₂，再次達到平衡時n（CH₃OH）/n（CO）會減小
（3）從反應開始到建成平衡，v（H₂）=

 

；請在“圖3”中畫出甲醇百分含量隨溫度T變化的P₂曲線，且P₁＜P₂．
（4）以甲醇、空氣為主要原料，KOH溶液為電解質溶液，鉑為電極構成燃料電池．則該電池中負極上的電極反應式為

 

．
（5）已知在常溫常壓下：
①H₂O（g）=H₂O（l）△H₁=-44.0kJ/mol
②2CO （g）+O₂（g）=2CO₂（g）△H₂=-566.0kJ/mol
③2CH₃OH（l）+3O₂（g）=2CO₂（g）+4H₂O（g）△H₃=-1275.6kJ/mol
則甲醇不完全燃燒生成一氧化碳和液態(tài)水的熱化學方程式為

 

．

Answer 1

分析：（1）根據(jù)圖中反應的活化能的大小來分析是否使用催化劑，利用反應前后的總能量來分析反應的能量變化；
（2）a、利用反應前后的能量來分析；b、利用轉化的CO和平衡時CO的量來分析；c、該反應為反應前后壓強不等的反應；d、增加CO濃度，會促進氫氣的轉化；e、再充入1molCO和2molH₂，體積不變，則壓強增大，平衡正向移動；
（3）由圖2計算用CO表示的反應速率，再利用反應速率之比等于化學計量數(shù)之比來計算氫氣的反應速率；根據(jù)溫度和壓強對該反應的影響來分析；
（4）甲醇燃料堿性電池中，負極上甲醇失電子發(fā)生氧化反應；
（5）根據(jù)蓋斯定律計算．

解答：解：（1）由圖可知，曲線b降低了反應所需的活化能，則b使用了催化劑，又該反應中反應物的總能量大于生成物的總能量，則該反應為放熱反應，
故答案為：b；放熱；
（2）A．由圖可知CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）△H=419KJ/mol-510KJ/mol═-91kJ?mol^-1，故A錯誤；
B．由圖2可知生成0.75mol/LCH₃OH，則反應了0.75mol/LCO，平衡時有0.25mol/LCO，即CO的起始物質的量為（0.75mol/l+0.25mol/L）×2L=2mol，故B正確；
C．該反應為反應前后壓強不等的反應，則壓強不變時，該反應達到平衡狀態(tài)，故C正確；
D．增加CO濃度，會促進氫氣的轉化，氫氣的轉化率增大，但CO的轉化率減小，故D錯誤；
E．再充入1molCO和2molH₂，體積不變，則壓強增大，平衡正向移動，再次達到平衡時n（CH₃OH）/n（CO）會增大，故E錯誤；
故答案為：BC；
（3）由圖2可知，反應中減小的CO的濃度為1mol/L-0.25mol/L=0.75mol/L，10min時達到平衡，
則用CO表示的化學反應速率為

0.75mol/L

10min

=0.075mol?L^-1?min^-1，
因反應速率之比等于化學計量數(shù)之比，則v（H₂）=0.075mol?L^-1?min^-1×2=0.15mol?L^-1?min^-1，
CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）△H＜0，則溫度越高，逆向反應進行的程度越大，甲醇的含量就越低，
壓強增大，反應正向進行的程度大，則甲醇的含量高，甲醇百分含量隨溫度T變化如圖為，
故答案為：0.15mol?L^-1?min^-1；；
（4）甲醇燃料堿性電池中，負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+8OH^--6e^-=CO₃^2-+6H₂O，
故答案為：CH₃OH+8OH^--6e^-=CO₃^2-+6H₂O；
（5）①H₂O（g）=H₂O（l）△H₁=-44.0kJ/mol
②2CO （g）+O₂（g）=2CO₂（g）△H₂=-566.0kJ/mol
③2CH₃OH（l）+3O₂（g）=2CO₂（g）+4H₂O（g）△H₃=-1275.6kJ/mol
將方程式

③-②

2

+①得CH₃OH（l）+O₂（g）=CO（g）+2H₂O（l）△H=-442.8 kJ/mol，
故答案為：CH₃OH（l）+O₂（g）=CO（g）+2H₂O（l）△H=-442.8 kJ/mol．

點評：本題考查了化學平衡移動原理、蓋斯定律、原電池原理等知識點，明確這幾個原理含義是解本題關鍵，難點是化學平衡移動的有關計算、判斷，且這些都是高考熱點，應熟練掌握，難度中等．