Question

工業(yè)上一般在恒容密閉容器中可以采用下列反應(yīng)合成甲醇：

CO（g）+2H₂（g）CH₃OH（g） ΔH

     

圖1 （圖中表示生成1mol物質(zhì)時的能量）          圖2

（1）根據(jù)圖1請寫出合成甲醇的熱化學(xué)方程式                                    

（2）該反應(yīng)的逆反應(yīng)速率隨時間變化的關(guān)系如上圖2。t₁時改變了某種條件，改變的條件可能是                       。

（3）判斷反應(yīng)達到平衡狀態(tài)的依據(jù)是       (填字母序號)。

A．2v(H₂)(逆) =v(CO)(正)                    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  

（4）在一定溫度下，若將4a mol H₂和2amol CO放入2L的密閉容器中，充分反應(yīng)后測得CO的轉(zhuǎn)化率為50％，則該反應(yīng)的平衡常數(shù)為         。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”“逆向移動”或“不移動”）；與原平衡相比，CO的物質(zhì)的量濃度    （填“增大”、“不變”或“減小”）。

（5）某甲烷燃料電池是以熔融碳酸鹽為電解質(zhì)，CH₄為燃料，空氣為氧化劑，稀土金屬材料做電極。為了使該燃料電池長時間穩(wěn)定運行，電池的電解質(zhì)組成應(yīng)保持穩(wěn)定，電池工作時必須有部分A物質(zhì)參加循環(huán)（見圖）。A物質(zhì)的化學(xué)式是_________；該原電池的負(fù)極反應(yīng)式可表示為                          。

 

Answer 1

【答案】

（11分）（1）CO(g) + 2H₂(g)CH₃OH(g) ΔH＝（E₁－E₃）或－（E₃－E₁）kJ?mol^-1

（2分，見錯不得分）

（2）加壓、等倍增加反應(yīng)物和生成物、增加甲醇濃度、升高溫度、使用催化劑等（1分）（任答一個合理答案給分。注：t₁時刻不能確認(rèn)是否平衡）

（3）CD（2分，見錯不給分）  （4）（1分）正向移動（1分）增大（1分）

（5）A為CO₂（1分）CH₄+4CO₃^2-－8e^-＝5CO₂+2H₂O （2分）

【解析】

試題分析：（1）根據(jù)圖像可知，反應(yīng)物的總能量高于生成物的總能量，即該反應(yīng)是放熱反應(yīng)，△H＝（E₁－E₃）或－（E₃－E₁）kJ/mol，則該反應(yīng)的熱化學(xué)反應(yīng)方程式為CO(g) + 2H₂(g)CH₃OH(g) ΔH＝（E₁－E₃）或－（E₃－E₁）kJ/mol。

（2）t₁時逆反應(yīng)速率突然增大，所以改變的條件可能是加壓、等倍增加反應(yīng)物和生成物、增加甲醇濃度、升高溫度、使用催化劑等。

（3）在一定條件下，當(dāng)可逆反應(yīng)的正反應(yīng)速率和逆反應(yīng)速率相等時（但不為0），反應(yīng)體系中各種物質(zhì)的濃度或含量不再發(fā)生變化的狀態(tài)，稱為化學(xué)平衡狀態(tài)，所以選項D正確。A中反應(yīng)速率的方向相反，但不能滿足速率之比是相應(yīng)的化學(xué)計量數(shù)之比，不正確。密度是混合氣的質(zhì)量和容器容積的比值，在反應(yīng)過程中質(zhì)量和容積始終是不變的，B不正確；混合氣的平均相對分子質(zhì)量是混合氣的質(zhì)量和混合氣的總的物質(zhì)的量的比值，質(zhì)量不變，但物質(zhì)的量是變化的，所以C可以說明。平衡時各種物質(zhì)的濃度不再發(fā)生變化，但各種的濃度之間不一定滿足某種關(guān)系，E不能說明，因此答案選CD。

（4）                CO(g) + 2H₂(g)CH₃OH(g)

起始濃度（mol/L）    a       2a           0

轉(zhuǎn)化濃度（mol/L）   0.5a     a           0.5a

平衡濃度（mol/L）   0.5a     a           0.5a

所以平衡常數(shù)K＝

若平衡時再向該容器中投入a mol CO、2amol H₂和amol CH₃OH，則此時＜，所以反應(yīng)向正反應(yīng)方向進行。由于CO不能完全轉(zhuǎn)化為生成物，所以與原平衡相比，CO的物質(zhì)的量濃度增大。

（5）原電池中負(fù)極失去電子，正極得到電子，因此甲烷在負(fù)極通入，氧氣在正極通入。由于電解質(zhì)是熔融的碳酸鹽，所以負(fù)極和正極的電極反應(yīng)式分別是CH₄+4CO₃^2-－8e^-＝5CO₂+2H₂O、2O₂＋8e^－＋4CO₂＝4CO₃^2－，這說明A物質(zhì)的化學(xué)式是CO₂。

考點：考查熱化學(xué)方程式的書寫、外界條件對反應(yīng)速率的影響、平衡常數(shù)的有關(guān)計算和應(yīng)用、平衡狀態(tài)的判斷、電極反應(yīng)式的書寫等

點評：該題是高考中的常見考點和題型，屬于中等難度試題的考查，試題綜合性強，側(cè)重對學(xué)生能力的培養(yǎng)和解題方法的指導(dǎo)與訓(xùn)練，旨在考查學(xué)生靈活運用基礎(chǔ)知識解決實際問題的能力，有利于培養(yǎng)學(xué)生的邏輯推理能力和發(fā)散思維能力，提升學(xué)生的學(xué)科素養(yǎng)。