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) ΔH =－49.0 kJ·mol^－1
（1）在相同溫度和容積不變時，能說明該反應(yīng)已達平衡狀態(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）一定溫度時將6 mol CO₂和8 mol H₂充入2L的密閉容器中，測得H₂的物質(zhì)的量隨時間變化如圖所示(實線)。圖中數(shù)據(jù)a(1，6)代表的意思是：在1 min時H₂的物質(zhì)的量是6 mol。

① a點正反應(yīng)速率　　逆反應(yīng)速率(填“大于”、“等于”或“小于”)。
② 僅改變某一實驗條件時，測得H₂的物質(zhì)的量隨時間變化如圖中虛線所示，曲線Ⅰ對應(yīng)的實驗條件改變是　      ，曲線Ⅱ?qū)��?yīng)的實驗條件改變是　  　 　。
③ 在題給圖中繪出加入催化劑對應(yīng)的曲線。
④ 結(jié)合圖給實線的數(shù)據(jù)，計算該溫度時反應(yīng)的化學(xué)平衡常數(shù)。（寫出計算過程）
（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

（16分）
（1）BC（3分，只選B或C得1分，全對得3分，凡其它有錯答案不得分）
（2）① 大于（1分）    ② 升高溫度 （2分）    增大壓強（2分）
③（2分）
④K=0.5L² ?mol^－2（計算過程見解析）
（三段式正確得1分，平衡常數(shù)表達式1分，帶單位表達式1分，計算結(jié)果含單位1分）
（3）CH₃OH+8OH^－—6e^－=CO₃^2－+ 6H₂O（ 2分，未配平扣1分）   

試題分析：（1）各組分變化的物質(zhì)的量之比等于化學(xué)方程式中的系數(shù)之比，平衡時物質(zhì)的量之比不一定等于系數(shù)之比，故A選項錯誤；正反應(yīng)是氣體物質(zhì)的量減小的方向，因此從正反應(yīng)開始進行時，容器內(nèi)氣體物質(zhì)的量逐漸減小，壓強逐漸減小，若壓強保持不變，說明氣體總的物質(zhì)的量保持不變，反應(yīng)已達平衡，故B選項正確；氫氣是反應(yīng)物，其消耗速率為v_正(H₂)，甲醇是生成物，其消耗速率為v_逆(CH₃OH)，二者之比等于化學(xué)方程式中相應(yīng)的系數(shù)之比，說明反應(yīng)已達平衡，故C選項正確；各組分都是氣體，則容器內(nèi)氣體的總質(zhì)量和容器的體積都保持不變，因此容器內(nèi)氣體的密度始終不變，不能說明反應(yīng)已達平衡，故D選項錯誤；（2）①氫氣是反應(yīng)物，從正反應(yīng)開始進行時，其物質(zhì)的量逐漸減小，a點表示氫氣的物質(zhì)的量還沒有達到極限，還能繼續(xù)減小，說明此時反應(yīng)還在向正反應(yīng)方向進行，所以v_正(H₂)> v_逆(H₂)；②讀圖可得，曲線I先達到平衡，且平衡時氫氣的物質(zhì)的量比原平衡大，說明采取的條件既能增大反應(yīng)速率，又能使平衡向逆反應(yīng)方向移動，根據(jù)外界條件對反應(yīng)速率和平衡移動的影響規(guī)律推斷，只有升高溫度才能得到曲線I，因為正反應(yīng)是放熱反應(yīng)；只有增大壓強才能得到曲線II，因為正反應(yīng)是氣體體積減小的方向；③無催化劑變?yōu)橛写呋瘎�，只能加快反�?yīng)速率，縮短達到平衡的時間，不能使平衡移動，不能改變氫氣起始時和平衡時的物質(zhì)的量，由此可以畫出加入催化劑時氫氣的物質(zhì)的量隨反應(yīng)時間變化的示意圖，并作出必要的標(biāo)注；④用三行數(shù)據(jù)法和定義式求平衡常數(shù)，則：
 CO₂(g)＋3H₂(g) CH₃OH(g)＋H₂O(g)
起始濃度/mol?L^－1        3        4           0         0
變化濃度/mol?L^－1       1       3          1         1
平衡濃度/mol?L^－1        2       1          1              1（2分）
K===0.5L² ?mol^－2；
（4）強堿溶液中燃料電池負(fù)極反應(yīng)式的書寫可以分四步進行：首先，根據(jù)元素化合價變化情況確定負(fù)極的主要反應(yīng)物和產(chǎn)物；其次，根據(jù)化合價升高總數(shù)確定失去電子數(shù)；第三，用氫氧根離子平衡反應(yīng)物和生成物的電荷總數(shù)，使左右電荷守恒；最后，用水使左右氫、氧原子個數(shù)守恒；綜上所述，甲醇堿性燃料電池負(fù)極反應(yīng)式為CH₃OH+8OH^－—6e^－==CO₃^2－+ 6H₂O。