Question

工業(yè)上一般在恒容密閉容器中可以采用以下列反應(yīng)合成甲醇：CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）△H

（1）該反應(yīng)的逆反應(yīng)速率隨時間變化的關(guān)系如圖1．t₁時改變了某種條件，改變的條件可能是升高了溫度、

 

、

 

（填寫2項）
（2）若該反應(yīng)在恒溫恒壓下進(jìn)行，判斷反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)的依據(jù)是

 

．
A．混合氣體的平均相對分子質(zhì)量不變
B.2v（H₂）（逆）=v（CO）（正）
C．容器內(nèi)CO、H₂、CH₃OH的濃度之比為1：2：1
D．CH₃OH、CO、H₂的濃度都不再發(fā)生變化
E．混合氣體的密度不變
（3）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、2a mol H₂和a mol CH₃OH，判斷平衡移動的方向是

 

（“正向”“逆向”或“不移動”）
（4）N₂O₅是一種新型硝化劑，其性質(zhì)和制備受到人們的關(guān)注．
①一定溫度下，在恒容密閉容器中N₂O₅可發(fā)生下列反應(yīng)：
2N₂O₅（g）═4NO₂（g）+O₂（g）△H＞0下表為反應(yīng)在T₁溫度下的部分實(shí)驗數(shù)據(jù)

t/s	0	500	1000
c（N2O5）/mol?L-1	5.00	3.52	2.48

則500s內(nèi)NO₂的平均生成速率為

 

．
②現(xiàn)以H₂、O₂、熔融鹽Na₂CO₃組成的燃料電池，采用電解法制備N₂O₅，裝置如圖2所示，其中Y為CO₂．
寫出石墨I(xiàn)電極上發(fā)生反應(yīng)的電極反應(yīng)式

 

．在電解池中生成N₂O₅的電極反應(yīng)式為

 

．

Answer 1

考點(diǎn)：化學(xué)反應(yīng)速率變化曲線及其應(yīng)用,化學(xué)電源新型電池,反應(yīng)速率的定量表示方法,化學(xué)平衡的影響因素,化學(xué)平衡狀態(tài)的判斷

專題：基本概念與基本理論

分析：（1）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；
（2）可逆反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)時，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；
（3）依據(jù)化學(xué)平衡三段式列式計算平衡濃度，結(jié)合平衡常數(shù)概念就是得到，通過計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；
（4）①根據(jù)

△c

t

計算速率；
②燃料原電池中，負(fù)極上燃料失電子發(fā)生氧化反應(yīng)；先根據(jù)化合價判斷生成N₂O₅的電極，再根據(jù)離子的放電順序?qū)懗鲭姌O反應(yīng)式．

解答： 解：（1）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、增加甲醇濃度、升高溫度、使用催化劑等，
故答案為：加壓；增加甲醇濃度、使用催化劑等；
（2）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，平衡時各種物質(zhì)的物質(zhì)的量、濃度等不再發(fā)生變化；
A．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，混合氣體的相對平均分子質(zhì)量不變，所以能作為判斷平衡狀態(tài)的依據(jù)，故A正確； 
B．當(dāng)反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)時，v（H₂）（逆）=2v（CO）（正），故B錯誤； 
C．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C錯誤；
D．反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)時，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．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E錯誤；
故選AD；
（3）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)后測得CO的轉(zhuǎn)化率為50%，
                 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×a2

=

1

a2

；
若此時再向該容器中投入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

mol+amol/L=2amol，c（CH₃OH）=

a

2

mol/L+0.5amol/L=amol/L，Q=

a

a×(2a)2

=

1

4a2

＜K=

1

a2

，判斷平衡移動的方向是反應(yīng)正向進(jìn)行，
故答案為：

1

a2

；正向；
①因為△c（NO₂）=2×（5.00-3.52）mol?L^-1=2.96mol?L^-1，500s內(nèi)NO₂的平均生成速率為

2.96mol?L-1

500s

=0.00592 mol?L^-1?s^-1，故答案為：0.00592 mol?L^-1?s^-1；
②燃料原電池中，負(fù)極上燃料失電子和碳酸根離子反應(yīng)生成二氧化碳和水，電極反應(yīng)式為H₂+CO₃^2--2e^-=CO₂+H₂O；
N₂O₅中氮元素的化合價是+5價，而硝酸中氮元素也是+5價．因此應(yīng)該在左側(cè)生成N₂O₅，即在陽極區(qū)域生成，據(jù)電極反應(yīng)離子放電順序可知：陰極發(fā)生2H⁺+2e^-=H₂↑的反應(yīng)，則陽極為N₂O₄+2HNO₃-2e^-=2N₂O₅+2H⁺．
故答案為：H₂+CO₃^2--2e^-=CO₂+H₂O；N₂O₄+2HNO₃-2e^-=2N₂O₅+2H⁺．

點(diǎn)評：本題為拼合型，涉及化學(xué)反應(yīng)速率計算、化學(xué)平衡移動與計算、平衡常數(shù)的計算與運(yùn)用、原電池原理等知識點(diǎn)，題量大，計算量較大．