Question

8．甲醇和天然氣是重要的化工原料，又可作為燃料．根據(jù)下面信息回答有關(guān)的問題：
（1）在恒定容積為1.00L的密閉容器中，通入一定量的甲醇發(fā)生如下反應(yīng)：CH₃OH（g）?CO（g）+2H₂（g）△H₁=+99kJ•mol^-1．100℃時(shí)，體系中各物質(zhì)濃度隨時(shí)間變化如圖1所示（平衡時(shí)甲醇的轉(zhuǎn)化率記作а₁）．

①在0～60s時(shí)段，反應(yīng)速率v（CO）為0.0010mol•L^-1•s^-1；該反應(yīng)的平衡常數(shù)K₁的值為0.0216或2.16×10^-2．
②已知若在恒壓條件下進(jìn)行，平衡時(shí)CH₃OH 的轉(zhuǎn)化率為а₂，則а₂大于а₁（填“大于”或“小于”、“等于”）．
（2）合成CH₄的原理：CO₂（g）+4H₂（g）?CH₄（g）+2H₂O（g）△H=-162kJ•mol^-1．
其他條件相同，實(shí)驗(yàn)測得在T₁和P_l與T₂和P₂條件下該反應(yīng)的H₂平衡轉(zhuǎn)化率相同，若T₁＞T₂、則P₁＞P₂（填“＞”、“＜”或“=”）．
（3）科學(xué)家用氮化鎵、銅等材料組裝成人工光合系統(tǒng)（如2圖），利用該裝置成功地實(shí)現(xiàn)了以CO₂和H₂O合成CH₄．
①寫出銅電極表面的電極反應(yīng)式CO₂+8e^-+8H⁺=CH₄+2H₂O．
②為提高該人工光合系統(tǒng)的工作效率，可向裝置中加入少量硫酸（選填“鹽酸”或“硫酸”）．

Answer 1

分析 （1）①先計(jì)算甲醇的反應(yīng)速率，再根據(jù)同一化學(xué)反應(yīng)中同一段時(shí)間內(nèi)各物質(zhì)的反應(yīng)速率之比等于其計(jì)量數(shù)之比計(jì)算氫氣反應(yīng)速率；
化學(xué)平衡常數(shù)K=$\frac{c（CO）．{c}^{2}（{H}_{2}）}{c（C{H}_{3}OH）}$；
②該反應(yīng)前后是一個(gè)氣體體積增大的可逆反應(yīng)，壓強(qiáng)不變，容器體積會(huì)增大，與恒容相比相當(dāng)于減小壓強(qiáng)，平衡向氣體體積增大的方向移動(dòng)；
（2）該反應(yīng)是一個(gè)反應(yīng)前后氣體體積減小、放熱的可逆反應(yīng)，所以升溫向逆反應(yīng)方向進(jìn)行，而加壓則向正反應(yīng)方向進(jìn)行；
（3）①根據(jù)圖知，Cu電極上反應(yīng)物是二氧化碳和氫離子，生成物是甲烷和水；
②電解質(zhì)溶液呈酸性，加入的酸不能影響產(chǎn)物成分．

解答 解：（1）①v（CH₃OH）=$\frac{△c}{△t}$=$\frac{0.100-0.040}{60}$mol/（L．s）=0.0010 mol•L^-1•s^-1，同一化學(xué)反應(yīng)中同一段時(shí)間內(nèi)各物質(zhì)的反應(yīng)速率之比等于其計(jì)量數(shù)之比得v（H₂）=v（CH₃OH）=0.0010 mol•L^-1•s^-1；
      CH₃OH（g）?CO（g）+2H₂（g）
反應(yīng)前0.100       0       0
反應(yīng) 0.060      0.060    0.120
平衡0.040       0.060    0.120
化學(xué)平衡常數(shù)K=$\frac{c（CO）．{c}^{2}（{H}_{2}）}{c（C{H}_{3}OH）}$=$\frac{0.060×（0.12{0）}^{2}}{0.040}$=0.0216或2.16×10 ^-2，
故答案為：0.0010 mol•L^-1•s^-1；0.0216或2.16×10 ^-2；
②該反應(yīng)前后是一個(gè)氣體體積增大的可逆反應(yīng)，壓強(qiáng)不變，容器體積會(huì)增大，與恒容相比相當(dāng)于減小壓強(qiáng)，平衡向氣體體積增大的方向移動(dòng)，所以平衡正向移動(dòng)，則甲醇轉(zhuǎn)化率增大，故答案為：大于；
（2）則該反應(yīng)為氣體體積減小的放熱反應(yīng)，所以升溫向逆反應(yīng)方向進(jìn)行，加壓則向正反應(yīng)方向進(jìn)行，而實(shí)驗(yàn)測得在T₁和P_l與T₂和P₂條件下該反應(yīng)的H₂平衡轉(zhuǎn)化率相同，若T₁＞T₂，所以P_l＞P₂；故答案為：＞；
（3）①根據(jù)圖知，Cu電極上反應(yīng)物是二氧化碳和氫離子，生成物是甲烷和水，電極反應(yīng)式為CO₂+8e^-+8H⁺=CH₄+2H₂O，
故答案為：CO₂+8e^-+8H⁺=CH₄+2H₂O；
②電解質(zhì)溶液呈酸性，加入的酸不能影響產(chǎn)物成分，由于鹽酸易揮發(fā)，生成的甲烷中會(huì)混有HCl氣體，應(yīng)加入硫酸，故答案為：硫酸．

點(diǎn)評(píng) 本題考查化學(xué)平衡有關(guān)計(jì)算及原電池原理，為高頻考點(diǎn)，側(cè)重考查學(xué)生分析計(jì)算能力，明確化學(xué)平衡常數(shù)計(jì)算方法及原電池各個(gè)電極發(fā)生的反應(yīng)是解本題關(guān)鍵，難點(diǎn)是電極反應(yīng)式的書寫，題目難度不大．