Question

4．工業(yè)上用CO生產燃料甲醇．一定條件下發(fā)生反應：CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）．圖1表示反應中能量的變化；圖2表示一定溫度下，在體積為2L的密閉容器中加入4mol H₂和一定量的CO后，CO和CH₃OH（g）的濃度隨時間變化．
請回答下列問題：（1）在“圖1”中，曲線b（填：“a”或“b”）表示使用了催化劑；該反應屬于放熱（填：“吸熱”、“放熱”）反應．

（2）下列說法正確的是AC
A．起始充入的CO為2mol               
B．增加CO濃度，CO的轉化率增大
C．容器中壓強恒定時，反應已達平衡狀態(tài)
D．保持溫度和密閉容器容積不變，再充入1molCO和2molH₂，再次達到平衡時$\frac{n（C{H}_{3}OH）}{n（CO）}$會減小
（3）從反應開始到建立平衡，v（H₂）=0.15mol•L^-1•min^-1；該溫度下CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）的化學平衡常數為12（要求寫單位）．若保持其它條件不變，將反應體系升溫，則該反應化學平衡常數減�。ㄌ睿骸霸龃蟆�、“減小”或“不變”）．
（4）已知在常溫常壓下：
①2CH₃OH（l）+3O₂（g）═2CO₂（g）+4H₂O（g）△H₁=-1275.6kJ/mol
②2CO （g）+O₂（g）═2CO₂（g）△H₂=-566.0kJ/mol
③H₂O（g）═H₂O（l）△H₃=-44.0kJ/mol
寫出甲醇不完全燃燒生成一氧化碳和液態(tài)水的熱化學方程式：CH₃OH（l）+O₂（g）=CO（g）+2H₂O（l）△H=-442.8 kJ/mol．
（5）以甲醇、空氣為主要原料，KOH溶液為電解質溶液，鉑為電極構成燃料電池．寫出該電池中負極上的電極反應式：CH₃OH+8OH^--6e^-═CO₃^2-+6H₂O．

Answer 1

分析 （1）根據圖中反應的活化能的大小來分析是否使用催化劑，利用反應前后的總能量來分析反應的能量變化；
（2）A、由圖2利用轉化的CO和平衡時CO的量來分析；
B、增加CO濃度，會促進氫氣的轉化，但本身的轉化率降低；
C、該反應為反應前后壓強不等的反應；
D、再充入1molCO和2molH₂，體積不變，則壓強增大，平衡正向移動；
（3）由圖2計算用CO表示的反應速率，再利用反應速率之比等于化學計量數之比來計算氫氣的反應速率，利用各物質平衡的濃度來計算化學平衡常數；根據溫度升高，平衡逆向移動，反應物的濃度增大，生成物的濃度減少，平衡常數減��；
（4）根據蓋斯定律來寫熱化學方程式；
（5）甲醇燃料電池中，甲醇從負極通入，在反應中失電子被氧化，堿性條件下生成碳酸根離子和水．

解答 解：（1）由圖可知，曲線b降低了反應所需的活化能，則b使用了催化劑，又該反應中反應物的總能量大于生成物的總能量，則該反應為放熱反應，
故答案為：b；放熱；
（2）A、由圖2可知生成0.75mol/LCH₃OH，則反應了0.75mol/LCO，平衡時有0.25mol/LCO，即CO的起始物質的量為（0.75mol/l+0.25mol/L）×2L=2mol，故A正確；
B、增加CO濃度，會促進氫氣的轉化，氫氣的轉化率增大，但CO的轉化率減小，故B錯誤；
C、該反應為反應前后壓強不等的反應，則壓強不變時，該反應達到平衡狀態(tài)，故C正確；
D、再充入1molCO和2molH₂，體積不變，則壓強增大，平衡正向移動，再次達到平衡時n（CH₃OH）/n（CO）會增大，故D錯誤；
故選：AC；
（3）由圖2可知，反應中減小的CO的濃度為1mol/L-0.25mol/L=0.75mol/L，10min時達到平衡，
則用CO表示的化學反應速率為$\frac{0.75mol/L}{10min}$=0.075mol•L^-1•min^-1，
因反應速率之比等于化學計量數之比，則v（H₂）=0.075mol•L^-1•min^-1×2=0.15mol•L^-1•min^-1；
            CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）
開始（mol/L） 1       2        0
轉化（mol/L） 0.75   1.5      0.75
平衡（mol/L） 0.25   0.5      0.75
則化學平衡常數K=$\frac{0.75}{0.25×（0.5）^{2}}$=12；
因溫度升高，平衡逆向移動，反應物的濃度增大，生成物的濃度減少，平衡常數減�。�
故答案為：0.15mol•L^-1•min^-1；12； 減��；
（2）①2CH₃OH（l）+3O₂（g）=2CO₂（g）+4H₂O（g）△H₁=-1275.6kJ/mol
②2CO （g）+O₂（g）=2CO₂（g）△H₂=-566.0kJ/mol
③H₂O（g）=H₂O（l）△H₃=-44.0kJ/mol
由蓋斯定律①-②+③×4，得：2CH₃OH（l）+2O₂（g）=2CO （g）+4H₂O（l）△H=-885.6KJ/mol；
故答案為：CH₃OH（l）+O₂（g）=CO（g）+2H₂O（l）△H=-442.8 kJ/mol；
（5）在甲醇燃料電池中，負極上是燃料甲醇發(fā)生失電子的氧化反應，在堿性環(huán)境下，電極反應為：CH₃OH+8OH^--6e^-═CO₃^2-+6H₂O；
故答案為：CH₃OH+8OH^--6e^-═CO₃^2-+6H₂O．

點評 本題考查化學反應速率、化學平衡及能量變化，學生應注意圖象的利用來分析解決問題，圖象中的信息是解答本題的關鍵．