Question

5．二氧化碳是引起“溫室效應(yīng)”的主要物質(zhì)，節(jié)能減排、高效利用能源能夠減少二氧化碳的排放．
（1）在一定溫度下的2L固定容積的密閉容器中，通入2mol CO₂和3mol H₂，發(fā)生的反應(yīng)為：CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）△H=-a kJ•mol^-1（a＞0），測得CO₂（g）和CH₃OH（g）的濃度隨時間變化如圖1所示．
①能說明該反應(yīng)已達(dá)平衡狀態(tài)的是A．
A．CO₂的體積分?jǐn)?shù)在混合氣體中保持不變．
B．混合氣體的密度不隨時間的變化而變化．
C．單位時間內(nèi)每消耗1.2mol H₂，同時生成0.4molH₂O．
D．反應(yīng)中H₂O與CH₃OH的物質(zhì)的量濃度之比為1：1，且保持不變．
②下列措施中能使$\frac{n（C{H}_{3}OH）}{n（C{O}_{2}）}$ 增大的是CD  （選填編號）．
A．升高溫度   B．恒溫恒容下充入He（g）    C．將H₂O（g）從體系中分離   D．恒溫恒容再充入2mol CO₂和3mol H₂
③計算該溫度下此反應(yīng)的平衡常數(shù)K=0.20．若改變條件C（填選項），可使K=1．
A．增大壓強      B．增大反應(yīng)物濃度     C．降低溫度D．升高溫度      E．加入催化劑
（2）某甲醇燃料電池原理如圖2所示．
①M區(qū)發(fā)生反應(yīng)的電極反應(yīng)式為CH₃OH-6e^-+H₂O=CO₂+6H⁺．
②用上述電池做電源，用如圖3裝置電解飽和食鹽水（電極均為惰性電極），則該電解反應(yīng)的總反應(yīng)的離子方程式為2Cl^-+2H₂O$\frac{\underline{\;電解\;}}{\;}$H₂↑+Cl₂↑+2OH^-．
假設(shè)溶液體積為300mL，當(dāng)溶液的pH值變?yōu)?3時（在常溫下測定），理論上消耗甲醇的質(zhì)量為0.16g（忽略溶液體積變化）．

Answer 1

分析 （1）①化學(xué)反應(yīng)達(dá)到化學(xué)平衡狀態(tài)時，正逆反應(yīng)速率相等，且不等于0，各物質(zhì)的濃度不再發(fā)生變化，由此衍生的一些物理量不發(fā)生變化，以此進行判斷；
②要使$\frac{n（C{H}_{3}OH）}{n（C{O}_{2}）}$ 增大，則根據(jù)反應(yīng)，平衡向正反應(yīng)方向移動即可；
③根據(jù)圖象數(shù)據(jù)結(jié)合平衡常數(shù)K的計算公式進行計算，根據(jù)K僅與溫度有關(guān)及反應(yīng)為放熱來判斷改變條件；
（2）①首先根據(jù)氫離子的移動方向來確定正負(fù)極，然后根據(jù)原電池原理書寫電極反應(yīng)式； 
②整個電路中轉(zhuǎn)移電子的數(shù)目相等，可以根據(jù)電子轉(zhuǎn)移的數(shù)目相同來列出已知物質(zhì)和未知物質(zhì)之間關(guān)系式，然后通過關(guān)系來求解；

解答 解：（1）①A．CO₂的體積分?jǐn)?shù)在混合氣體中保持不變，則能說明達(dá)到平衡狀態(tài)，故A正確；
B．密度=$\frac{總質(zhì)量}{體積}$，總質(zhì)量一定，體積一定，故密度一定，故混合氣體的密質(zhì)不再發(fā)生改變不能說明達(dá)到平衡狀態(tài)，故B錯誤；
C．單位時間內(nèi)每消耗1.2mol H₂，同時生成0.4molH₂O，不能體現(xiàn)正逆反應(yīng)，故不能說明達(dá)到平衡狀態(tài)，故C錯誤；
D．H₂O與CH₃OH都是產(chǎn)物，并且按照1：1的比例生成，所以H₂O與CH₃OH的物質(zhì)的量濃度之比一直為1：1，不能說明達(dá)到平衡狀態(tài)，故D錯誤；
故選A；
②要使$\frac{n（C{H}_{3}OH）}{n（C{O}_{2}）}$增大，則根據(jù)反應(yīng)，
A．升高溫度，平衡逆向移動，所以$\frac{n（C{H}_{3}OH）}{n（C{O}_{2}）}$減小，故A錯誤；
B．恒溫恒容下充入He（g），平衡不移動，所以$\frac{n（C{H}_{3}OH）}{n（C{O}_{2}）}$不變，故B錯誤；
C．將H₂O（g）從體系中分離，平衡正向移動，所以$\frac{n（C{H}_{3}OH）}{n（C{O}_{2}）}$增大，故C正確；
D．恒溫恒容再充入2mol CO₂和3mol H₂，等效于開始加入4molCO₂和6molH₂，壓強增大，平衡正向移動，所以$\frac{n（C{H}_{3}OH）}{n（C{O}_{2}）}$增大，故D正確；
故選：CD；
③由圖象數(shù)據(jù)CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）得
   開始濃度：1       1.5        0        0
  轉(zhuǎn)化濃度：0.25     0.75       0.25    0.25 
  平衡濃度：0.75     0.75       0.25    0.25 
所以K=$\frac{0.25×0.25}{0.75×0.7{5}^{3}}$=0.20，則要使K=1，又反應(yīng)放熱所以降低溫度使平衡向正反應(yīng)方向移動，故答案為：0.20；C；
（2）①M區(qū)是質(zhì)子流出的一極，應(yīng)是原電池的負(fù)極，發(fā)生氧化反應(yīng)，電極反應(yīng)式為：CH₃OH-6e^-+H₂O=CO₂+6H⁺，
故答案為：CH₃OH-6e^-+H₂O=CO₂+6H⁺；
②用惰性電極，電解飽和食鹽水總的電極反應(yīng)式為2Cl^-+2H₂O$\frac{\underline{\;電解\;}}{\;}$H₂↑+Cl₂↑+2OH^-，
pH值變?yōu)?3時，pOH=1，c（OH^-）=0.1mol/L，n（OH^-）=0.1mol/L×0.3L=0.03mol，由方程式CH₃OH-6e^-+H₂O=CO₂+6H⁺，2Cl^-+2H₂O$\frac{\underline{\;電解\;}}{\;}$H₂↑+Cl₂↑+2OH^-可知
 CH₃OH～6e^-～6OH^-
 32g        6mol
m（CH₃OH）  0.03mol
則m（CH₃OH）=32g×0.03mol÷6mol=0.16g，
故答案為：2Cl^-+2H₂O$\frac{\underline{\;電解\;}}{\;}$H₂↑+Cl₂↑+2OH^-；0.16g；

點評 本題考查了化學(xué)平衡的有關(guān)知識，電極反應(yīng)式的書寫等，綜合性強，但難度不大．