Question

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）有一種用CO₂生產(chǎn)甲醇燃料的方法：
已知：CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）△H=-a kJ?mol^-1；
CH₃OH（g）═CH₃OH（l）△H=-b kJ?mol^-1；
2H₂（g）+O₂（g）═2H₂O（g）△H=-c kJ?mol^-1；
H₂O（g）═H₂O（l）△H=-d kJ?mol^-1，則表示CH₃OH（l）燃燒熱的熱化學(xué)方程式為：

 

．
（2）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(shí)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．CO₂的體積分?jǐn)?shù)在混合氣體中保持不變
B．混合氣體的平均相對分子質(zhì)量不隨時(shí)間的變化而變化
C．單位時(shí)問內(nèi)每消耗1.2mol H₂，同時(shí)生成0.4mol H₂O
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從0min到10min，v（H₂）=

 

．
③下列措施中能使

n(CH3OH)

n(CO2)

增大的是

 

（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
④計(jì)算該溫度下此反應(yīng)的平衡常數(shù)K=

 

．若改變

 

條件（填選項(xiàng)），可使K=1．
A．增大壓強(qiáng)   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
（3）某甲醇燃料電池原理如圖2所示
①則M區(qū)發(fā)生的電極反應(yīng)式為

 

．
②用上述電池做電源，用圖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：

 

．假設(shè)溶液體積為300mL，當(dāng)溶液的pH值為13時(shí)（在室溫下測定），理論上消耗甲醇的質(zhì)量為

 

（忽略溶液體積變化）．

Answer 1

考點(diǎn)：物質(zhì)的量或濃度隨時(shí)間的變化曲線,反應(yīng)熱和焓變,化學(xué)電源新型電池,化學(xué)平衡的影響因素

專題：基本概念與基本理論

分析：（1）依據(jù)熱化學(xué)方程式和蓋斯定律計(jì)算得到所需熱化學(xué)方程式；
（2）①CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）△H=-a kJ?mol^-1 ，反應(yīng)時(shí)氣體體積減小的放熱反應(yīng)，反應(yīng)達(dá)到平衡的標(biāo)志是正逆反應(yīng)速率相同，個(gè)成分含量保持不變，分析選項(xiàng)；
②依據(jù)圖象分析計(jì)算二氧化碳的反應(yīng)速率，結(jié)合反應(yīng)速率之比等于化學(xué)方程式計(jì)量數(shù)之比計(jì)算氫氣的反應(yīng)速率；
③結(jié)合平衡移動方向，分析判斷能使

n(CH3OH)

n(CO2)

增大選項(xiàng)；
④依據(jù)平衡濃度計(jì)算費(fèi)用平衡常數(shù)，結(jié)合平衡常數(shù)增大需要平衡正向進(jìn)行，平衡常數(shù)隨溫度變化分析判斷；
（3）①依據(jù)原電池裝置圖象分析，氫離子移向正極，所以M為原電池負(fù)極，N為正極，負(fù)極是甲醇燃料失電子在酸性介質(zhì)中生成二氧化碳，據(jù)此書寫電極反應(yīng)；
②電解飽和食鹽水生成氯氣、氫氣和氫氧化鈉，結(jié)合化學(xué)方程式書寫離子方程式；依據(jù)電子守恒計(jì)算消耗甲醇質(zhì)量．

解答： 解：（1）①CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）△H=-a kJ?mol^-1；
②CH₃OH（g）═CH₃OH（l）△H=-b kJ?mol^-1；
③2H₂（g）+O₂（g）═2H₂O（g）△H=-c kJ?mol^-1；
④H₂O（g）═H₂O（l）△H=-d kJ?mol^-1，
依據(jù)蓋斯定律計(jì)算③×

3

2

+2④-①-②得到表示CH₃OH（l）燃燒熱的熱化學(xué)方程式為：CH₃OH（l）+

3

2

O₂（g）=CO₂（g）+2H₂O（l）△H=-（

3

2

c+2d-a-b）kJ?mol^-1；
故答案為：CH₃OH（l）+

3

2

O₂（g）=CO₂（g）+2H₂O（l）△H=-（

3

2

c+2d-a-b）kJ?mol^-1；
（2）①CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）△H=-a kJ?mol^-1（a＞0），反應(yīng)是氣體體積減小的放熱反應(yīng)；
A．CO₂的體積分?jǐn)?shù)在混合氣體中保持不變，是破壞標(biāo)志，故A符合；
B．平衡氣體質(zhì)量不變，反應(yīng)前后氣體物質(zhì)的量減小，混合氣體的平均相對分子質(zhì)量不隨時(shí)間的變化而變化，說明反應(yīng)達(dá)到平衡，故B符合；
C．單位時(shí)問內(nèi)每消耗1.2mol H₂，同時(shí)生成0.4mol H₂O，只能表示反應(yīng)正向進(jìn)行，不能說明反應(yīng)達(dá)到平衡，故不符合；
D．化學(xué)方程式定量關(guān)系可知，反應(yīng)過程中和平衡狀態(tài)下，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，不能說明反應(yīng)達(dá)到平衡，故D不符合；
故答案為：AB；       
②圖象分析可知二氧化碳的反應(yīng)速率V（CO₂）=

1.00mol/L-0.75mol/L

10min

=0.025mol/L?min；
反應(yīng)速率之比等于化學(xué)方程式計(jì)量數(shù)之比，V（H₂）=3V（CO₂）=3×0.025mol/L?min=0.075 mol?L^-1?min^-1；
故答案為：0.075 mol?L^-1?min^-1；
③CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）△H=-a kJ?mol^-1（a＞0），反應(yīng)是氣體體積減小的放熱反應(yīng)；下列措施中能使

n(CH3OH)

n(CO2)

增大的是
A．反應(yīng)是放熱反應(yīng)，升高溫度平衡逆向進(jìn)行，使

n(CH3OH)

n(CO2)

減小，故A不符合；
B．恒溫恒容下充入He（g），總壓增大，分壓不變，平衡不動，使

n(CH3OH)

n(CO2)

不變，故B不符合；
C．將H₂O（g）從體系中分離，平衡正向進(jìn)行，使

n(CH3OH)

n(CO2)

增大，故C符合；
D．恒溫恒容再充入2mol CO₂和3mol H₂ ，增大壓強(qiáng)平衡正向進(jìn)行，使

n(CH3OH)

n(CO2)

增大，故D符合；
故答案為：CD；       
④依據(jù)化學(xué)平衡三段式列式計(jì)算平衡濃度計(jì)算平衡常數(shù)
                 CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）
起始量（mol/L）   1       1.5         0        0
變化量（mol/L）  0.25     0.75       0.25     0.25
平衡量（mol/L）  0.75     0.75       0.25     0.25
平衡常數(shù)K=

0.25×0.25

0.75×0.753

≈0.20；
改變條件使平衡常數(shù)K=1，平衡需要正向進(jìn)行，平衡常數(shù)隨溫度變化，不隨濃度，壓強(qiáng)催化劑改變；
A．增大壓強(qiáng)，平衡正向進(jìn)行，平衡常數(shù)不變，故A不符合；  
 B．增大反應(yīng)物濃度，平衡正向進(jìn)行，平衡常數(shù)不變，故B不符合；  
C．降低溫度平衡正向進(jìn)行，平衡常數(shù)增大，故C符合；
D．升高溫度，平衡逆向進(jìn)行，平衡常數(shù)減小，故D不符合；  
E．加入催化劑改變反應(yīng)速率，不改變化學(xué)平衡，平衡常數(shù)不變，故E不符合；
故答案為：0.20；C；
（3）①依據(jù)原電池裝置圖象分析，氫離子移向正極，所以M為原電池負(fù)極，N為正極，負(fù)極是甲醇燃料失電子在酸性介質(zhì)中生成二氧化碳，電極反應(yīng)為CH₃OH-6e^-+H₂O=CO₂+6H⁺；
故答案為：CH₃OH-6e^-+H₂O=CO₂+6H⁺；
②電解飽和食鹽水生成氯氣、氫氣和氫氧化鈉，結(jié)合化學(xué)方程式書寫離子方程式為：2Cl^-+2H₂O 

通電  .

 H₂↑+Cl₂↑+2 OH^-；
溶液體積為300mL，當(dāng)溶液的pH值為13時(shí)，溶液中氫氧根離子濃度c（OH^-）=0.1mol/L，生成氫氧根離子物質(zhì)的量=消耗氫離子物質(zhì)的量=0.1mol/L×0.3L=0.03mol，依據(jù)電極反應(yīng)和電子守恒計(jì)算，CH₃OH-6e^-+H₂O=CO₂+6H⁺，2H⁺+2e^-=H₂↑，CH₃OH～6H+，甲醇物質(zhì)的量=0.005mol，質(zhì)量=0.005mol×32g/mol=0.16g；
故答案為：2Cl^-+2H₂O 

通電  .

 H₂↑+Cl₂↑+2 OH^-；0.16g．

點(diǎn)評：本題考查了熱化學(xué)方程式和蓋斯定律計(jì)算分析化學(xué)平衡影響因素，平衡移動原理的分析判斷，注意圖象分析應(yīng)用，原電池、電解池原理的分析判斷，掌握基礎(chǔ)是關(guān)鍵，題目難度中等．