Question

工業(yè)上“固定”和利用CO₂能有效地減輕“溫室’效應(yīng)．有一種用CO₂生產(chǎn)甲醇燃料的方法：CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）△H=-49.0kJ?mol^-1
（1）在相同溫度和容積不變時(shí)，能說(shuō)明該反應(yīng)已達(dá)平衡狀態(tài)的是

 

A．n（CO₂）：n（H₂）：n（CH₃OH）：n（H₂O）=1：3：1：1
B．容器內(nèi)壓強(qiáng)保持不變
C．H₂的消耗速率與CH₃OH的消耗速率之比為3：1
D．容器內(nèi)的密度保持不變
（2）一定溫度時(shí)將6mol CO₂和8mol H₂充入2L的密閉容器中，測(cè)得H₂的物質(zhì)的量隨時(shí)間變化如圖所示（實(shí)線）．圖中數(shù)據(jù)a（1，6）代表的意思是：在1min時(shí)H₂的物質(zhì)的量是6mol．

①a點(diǎn)正反應(yīng)速率

 

逆反應(yīng)速率（填“大于”、“等于”或“小于”）．
②僅改變某一實(shí)驗(yàn)條件時(shí)，測(cè)得H₂的物質(zhì)的量隨時(shí)間變化如圖中虛線所示，曲線Ⅰ對(duì)應(yīng)的實(shí)驗(yàn)條件改變是

 

，曲線Ⅱ?qū)��?yīng)的實(shí)驗(yàn)條件改變是

 

．
③在題給圖中繪出加入催化劑對(duì)應(yīng)的曲線．
④結(jié)合圖給實(shí)線的數(shù)據(jù)，計(jì)算該溫度時(shí)反應(yīng)的化學(xué)平衡常數(shù)．（寫出計(jì)算過(guò)程）
（3）甲醇可用以制燃料電池，常用KOH作電解質(zhì)溶液，負(fù)極的電極反應(yīng)式為：

 

．

Answer 1

考點(diǎn)：化學(xué)平衡狀態(tài)的判斷,電極反應(yīng)和電池反應(yīng)方程式,物質(zhì)的量或濃度隨時(shí)間的變化曲線,化學(xué)平衡的計(jì)算

專題：化學(xué)平衡專題,電化學(xué)專題

分析：（1）可逆反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)，一定滿足正逆反應(yīng)速率相等，各組分的濃度、百分含量不再變化，據(jù)此進(jìn)行判斷；
（2）①根據(jù)圖象中氫氣的物質(zhì)的量變化判斷反應(yīng)進(jìn)行的方向，然后判斷正逆反應(yīng)速率大��；
②曲線Ⅰ的反應(yīng)速率大于原反應(yīng)，達(dá)到平衡時(shí)氫氣的物質(zhì)的量增大，說(shuō)明平衡向著逆向移動(dòng)；曲線Ⅱ的反應(yīng)速率大于原反應(yīng)，達(dá)到平衡時(shí)氫氣的物質(zhì)的量減小，說(shuō)明平衡向著正向移動(dòng)；
③使用催化劑后，正逆反應(yīng)速率都同時(shí)增大，達(dá)到平衡的反應(yīng)時(shí)間減小，但達(dá)到平衡時(shí)氫氣的物質(zhì)的量不變，據(jù)此畫出加入催化劑對(duì)應(yīng)的曲線；
④根據(jù)圖象中實(shí)線數(shù)據(jù)判斷達(dá)到平衡狀態(tài)時(shí)氫氣的物質(zhì)的量，計(jì)算出氫氣濃度及濃度變化，利用三段式列式計(jì)算出各組分的濃度，再利用平衡常數(shù)表達(dá)式計(jì)算出該反應(yīng)的平衡常數(shù)；
（3）燃料電池中，負(fù)極發(fā)生氧化反應(yīng)，甲醇在反應(yīng)中發(fā)生失去電子，由于是在堿性條件下，甲醇反應(yīng)后生成了碳酸根離子和水，據(jù)此寫出發(fā)生的電極反應(yīng)．

解答： 解：（1）A．n（CO₂）：n（H₂）：n（CH₃OH）：n（H₂O）=1：3：1：1，不能判斷正逆反應(yīng)速率是否相等，無(wú)法判斷是否達(dá)到平衡狀態(tài)，故A錯(cuò)誤；
B．該反應(yīng)是體積減小的反應(yīng)，容器內(nèi)壓強(qiáng)保持不變，表明正逆反應(yīng)速率相等，各組分的濃度不再變化，達(dá)到了平衡狀態(tài)，故B正確；
C．H₂的消耗速率與CH₃OH的消耗速率之比為3：1，表示的是正逆反應(yīng)速率，且滿足計(jì)量數(shù)關(guān)系，說(shuō)明達(dá)到了平衡狀態(tài)，故C正確；
D．容器內(nèi)的密度保持不變，反應(yīng)方程式兩邊都是氣體，氣體的總質(zhì)量不變，容器的容積固定，所以反應(yīng)過(guò)程中氣體的密度始終不變，所以密度不能作為判斷平衡狀態(tài)的依據(jù)，故D錯(cuò)誤；
故選BC；
（2）①根據(jù)圖象可知，a到b過(guò)程中氫氣的物質(zhì)的量減小，說(shuō)明反應(yīng)向著正向移動(dòng)，正反應(yīng)速率大于逆反應(yīng)速率，
故答案為：大于；
②由曲線Ⅰ的反應(yīng)速率增大，且達(dá)到平衡時(shí)氫氣的物質(zhì)的量增大，平衡向著逆向移動(dòng)，該反應(yīng)為放熱反應(yīng)，說(shuō)明升高了溫度，正逆反應(yīng)速率都增大，平衡向著逆向移動(dòng)，氫氣的轉(zhuǎn)化率減�。�
根據(jù)曲線Ⅱ的曲線可知，反應(yīng)速率比原反應(yīng)增大，達(dá)到平衡時(shí)氫氣的物質(zhì)的量減小，平衡向著正向移動(dòng)，該反應(yīng)是體積縮小的反應(yīng)，說(shuō)明增大了壓強(qiáng)，正逆反應(yīng)速率都增大，平衡性在正向移動(dòng)，氫氣的轉(zhuǎn)化率增大，
故答案為：升高溫度；增大壓強(qiáng)；
③使用催化劑，加快了反應(yīng)速率，達(dá)到平衡時(shí)需要的時(shí)間減少，但是不影響氫氣的轉(zhuǎn)化率，所以加入催化劑對(duì)應(yīng)的曲線為：
，
故答案為：
；
④由圖象可知，實(shí)線表示的曲線，在8分鐘達(dá)到平衡狀態(tài)，此時(shí)氫氣的物質(zhì)的量為2mol，氫氣的濃度為：

2mol

2L

=1mol/L，氫氣的濃度變化為：

8mol

2L

-1mol/L=3mol/l，反應(yīng)前二氧化碳的濃度為：

6mol

2L

=3mol/L，利用化學(xué)平衡的三段式可得：
                    CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）
c（起）（mol/L ）      3       4         0          0
△c （mol/L ）         1       3         1          1
c（平）（mol/L ）      2       1         1          1
K=

c(CH3OH)?c(H2O)

c(CO2)?c3(H2)

=

(1mol/L)×(1mol/L)

(2mol/L)×(1mol/L)3

=0.5L^-2/mol^-2；

故答案為：CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）
c（起）（mol/L ）      3       4         0          0
△c （mol/L ）         1       3         1          1
c（平）（mol/L ）      2       1         1          1
K=

c(CH3OH)?c(H2O)

c(CO2)?c3(H2)

=

(1mol/L)×(1mol/L)

(2mol/L)×(1mol/L)3

=0.5L^-2/mol^-2；
（3）甲醇可用以制燃料電池，常用KOH作電解質(zhì)溶液，負(fù)極甲醇失去電子生成二氧化碳，由于電解質(zhì)為氫氧化鉀溶液，所以反應(yīng)生成了碳酸根離子，發(fā)生的負(fù)極電極反應(yīng)式為：CH₃OH+8OH^--6e^-=CO₃^2-+6H₂O，
故答案為：CH₃OH+8OH^--6e^-=CO₃^2-+6H₂O．

點(diǎn)評(píng)：本題考查了化學(xué)平衡狀態(tài)的判斷、原電池電極反應(yīng)式書寫、化學(xué)平衡的計(jì)算等知識(shí)，題目難度較大，涉及的知識(shí)點(diǎn)較多，充分考查了學(xué)生對(duì)書寫知識(shí)的掌握情況．