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）△H（圖1中表示生成1mol物質(zhì)時(shí)的能量）

（1）根據(jù)圖1請(qǐng)寫(xiě)出合成甲醇的熱化學(xué)方程式

 

（熱量用E₁、E₂或E₃表示）．
（2）該反應(yīng)的逆反應(yīng)速率隨時(shí)間變化的關(guān)系如圖2．t₁時(shí)改變了某種條件，改變的條件可能是升高了溫度、

 

、

 

（填寫(xiě)2項(xiàng)）．
（3）判斷反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)的依據(jù)是（填字母序號(hào)，下同）

 

．
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(duì)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2a mol CO放入2L的密閉容器中，充分反應(yīng)后測(cè)得CO的轉(zhuǎn)化率為50%，則該反應(yīng)的平衡常數(shù)為

 

．若此時(shí)再向該容器中投入a mol CO、2a mol H₂和a mol CH₃OH，判斷平衡移動(dòng)的方向是

 

（“正向移動(dòng)”“逆向移動(dòng)”或“不移動(dòng)”）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(zhǎng)時(shí)間穩(wěn)定運(yùn)行，電池的電解質(zhì)組成應(yīng)保持穩(wěn)定，電池工作時(shí)必須有部分A物質(zhì)參加循環(huán)（見(jiàn)圖3）．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

考點(diǎn)：化學(xué)平衡狀態(tài)的判斷,熱化學(xué)方程式,化學(xué)電源新型電池,化學(xué)反應(yīng)速率的影響因素,化學(xué)平衡的計(jì)算

專題：化學(xué)反應(yīng)中的能量變化,化學(xué)平衡專題,電化學(xué)專題

分析：（1）圖象分析反應(yīng)是放熱反應(yīng)，反應(yīng)的焓變=斷裂化學(xué)鍵吸收的能量-形成化學(xué)鍵放出的熱量，標(biāo)注物質(zhì)的聚集狀態(tài)和對(duì)應(yīng)反應(yīng)的焓變寫(xiě)出；
（2）圖象分析可知是逆反應(yīng)速率增大，反應(yīng)是否達(dá)到平衡不知，所以增大逆反應(yīng)速率的因素均符合；
（3）可逆反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)時(shí)，正逆反應(yīng)速率相等（同種物質(zhì)）或正逆反應(yīng)速率之比等于系數(shù)之比（不同物質(zhì)），平衡時(shí)各種物質(zhì)的物質(zhì)的量、濃度等不再發(fā)生變化，由此衍生的一些物理量不變，以此分析；
（4）依據(jù)化學(xué)平衡三段式列式計(jì)算平衡濃度，結(jié)合平衡常數(shù)概念就是得到，通過(guò)計(jì)算濃度商和平衡常數(shù)比較分析判斷反應(yīng)進(jìn)行的方向；
（5）燃料電池中，正極發(fā)生的反應(yīng)是氧氣得電子被還原的過(guò)程，負(fù)極是甲烷失電子生成二氧化碳；電池是以熔融碳酸鹽為電解質(zhì)，可以循環(huán)利用的物質(zhì)只有二氧化碳．

解答： 解：（1）圖象分析反應(yīng)是放熱反應(yīng)，反應(yīng)的焓變=斷裂化學(xué)鍵吸收的能量-形成化學(xué)鍵放出的熱量=E₁-E₃，標(biāo)注物質(zhì)的聚集狀態(tài)和對(duì)應(yīng)反應(yīng)的焓變寫(xiě)出熱化學(xué)方程式為：CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）△H=（E₁-E₃）或-（E₃-E₁）kJ?mol^-1 ，
故答案為：CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）△H=（E₁-E₃）或-（E₃-E₁）kJ?mol^-1 ；
（2）圖象分析可知是逆反應(yīng)速率增大，反應(yīng)是否達(dá)到平衡不知，所以增大逆反應(yīng)速率的因素均符合，如加壓、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，
故答案為：增加甲醇濃度；使用催化劑；
（3）判斷反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)的依據(jù)正逆反應(yīng)速率相等，平衡時(shí)各種物質(zhì)的物質(zhì)的量、濃度等不再發(fā)生變化；
A．無(wú)論反應(yīng)是否達(dá)到平衡狀態(tài)，生成CH₃OH的速率與消耗CO的速率始終相等，所以不能作為判斷平衡狀態(tài)的依據(jù)，故A錯(cuò)誤；
B．混合物的質(zhì)量始終不變，容器的體積不變，所以混合氣體的密度始終不變，所以不能作為判斷平衡狀態(tài)的依據(jù)，故B錯(cuò)誤；
C．反應(yīng)前后，混合氣體的物質(zhì)的量改變，氣體的質(zhì)量不變，反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)時(shí)，混合氣體的相對(duì)平均分子質(zhì)量不變，所以能作為判斷平衡狀態(tài)的依據(jù)，故C正確；
D．反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)時(shí)，CH₃OH、CO、H₂的濃度都不再發(fā)生變化，所以能作為判斷平衡狀態(tài)的依據(jù)，故D正確；
E．容器內(nèi)CO、H₂、CH₃OH的濃度之比為1：2：1，和起始量，變化量有關(guān)，不能作為平衡的標(biāo)志，故E錯(cuò)誤；
故選CD；
（4）在一定溫度下，若將4a mol H₂和2a mol CO放入2L的密閉容器中，充分反應(yīng)后測(cè)得CO的轉(zhuǎn)化率為50%，依據(jù)平衡三段式列式計(jì)算；
              CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）
起始量（mol/L） a      2a           0
變化量（mol/L）50%×a  a          0.5a
平衡量（mol/L）0.5a    a          0.5a
則該反應(yīng)的平衡常數(shù)K=

0.5a

0.5a×a

=

1

a2

；
若此時(shí)再向該容器中投入a mol CO、2a mol H₂和a mol CH₃OH，濃度為c（CO）=

a

2

mol/L+0.5amol/L=amol/L，c（H₂）=

2a

2

+amol/L=2a，c（CH₃OH）=

a

2

mol/L+0.5amol/L=amol/L，Q=

a

a×(2a)2

=

1

4a2

＜K=

1

a2

，判斷平衡移動(dòng)的方向是反應(yīng)正向進(jìn)行；達(dá)到新平衡與原平衡相比，CO的物質(zhì)的量濃度增大；
故答案為：

1

a2

；正向移動(dòng)；增大；
（4）燃料電池中，正極反應(yīng)一定是氧氣得電子，該電池的電解質(zhì)環(huán)境是熔融碳酸鹽，所以電極反應(yīng)為：O₂+2CO₂+4e^-=2CO₃^2-，負(fù)極是燃料失電子生成二氧化碳，負(fù)極電極反應(yīng)為：CH₄+4CO₃^2--8e^-=5CO₂+2H₂O；
故答案為：CO₂；CH₄+4CO₃^2--8e^-=5CO₂+2H₂O．

點(diǎn)評(píng)：本題考查了影響化學(xué)平衡移動(dòng)的因素、平衡狀態(tài)的判斷等知識(shí)點(diǎn)，熱化學(xué)方程式書(shū)寫(xiě)與圖象分析方法是解題關(guān)鍵，題目難度中等．