【題目】目前工業(yè)上有一種方法是用CO2生產(chǎn)燃料甲醇(CH3OH)。在一定條件下發(fā)生反應(yīng):CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g),圖1表示該反應(yīng)過(guò)程中能量(單位為kJ·mol-1)的變化。

(1)該反應(yīng)為___(填吸熱或放熱)反應(yīng)。

(2)在體積固定的密閉容器中,下列能說(shuō)明該反應(yīng)已經(jīng)達(dá)到平衡狀態(tài)的是___(填序號(hào))。

A.v(H2)=3v(CO2)

B.容器內(nèi)氣體壓強(qiáng)保持不變

C.v(CO2)=v(CH3OH)

D.容器內(nèi)氣體密度保持不變

E.2molC=O鍵斷裂的同時(shí)CH3OH中有1molH—O鍵形成

F.混合氣體的平均摩爾質(zhì)量不變

(3)在體積為1L的密閉容器中,充入1molCO23molH2,測(cè)得CO2CH3OH(g)的濃度隨時(shí)間變化如圖2所示。從反應(yīng)開(kāi)始到平衡,用氫氣濃度變化表示的平均反應(yīng)速率v(H2)=___。達(dá)平衡時(shí)容器內(nèi)平衡時(shí)與起始時(shí)的壓強(qiáng)比___。

(4)甲醇、氧氣在一定條件下可構(gòu)成如圖3所示的燃料電池,其負(fù)極的電極反應(yīng)為___,與鉛蓄電池相比,當(dāng)消耗相同質(zhì)量的負(fù)極物質(zhì)時(shí),甲醇燃料電池的理論放電量是鉛蓄電池的___(保留小數(shù)點(diǎn)后1)

【答案】放熱 BCF 0.225mol/(L·min) 58 CH3OH-6e-+H2O=6H++CO2 19.4

【解析】

(1)根據(jù)反應(yīng)物的總能量大于生成物的總能量判斷;

(2)根據(jù)化學(xué)平衡的特征分析判斷;

(3)根據(jù)三段式結(jié)合物質(zhì)的量比等于壓強(qiáng)比計(jì)算解答;

(4)甲醇、氧氣在酸性條件下可構(gòu)成燃料電池,負(fù)極上甲醇失去電子生成二氧化碳;鉛蓄電池中負(fù)極材料為Pb,氧化為PbSO4,結(jié)合轉(zhuǎn)移的電子數(shù)計(jì)算甲醇燃料電池的理論放電量與鉛蓄電池的倍數(shù)。

(1)由圖可知,該反應(yīng)中反應(yīng)物的總能量大于生成物的總能量,則該反應(yīng)為放熱反應(yīng),故答案為:放熱;

(2)Av(H2)=3v(CO2),始終存在,不能判斷正、逆反應(yīng)速率的關(guān)系,不能判定平衡狀態(tài),故A錯(cuò)誤;B.該反應(yīng)為氣體物質(zhì)的量變化的反應(yīng),容器內(nèi)氣體的壓強(qiáng)為變量,則容器內(nèi)氣體壓強(qiáng)保持不變,說(shuō)明達(dá)到平衡狀態(tài),故B正確;Cv(CO2)=v(CH3OH),可知正、逆反應(yīng)速率相等,說(shuō)明達(dá)到平衡狀態(tài),故C正確;D.混合氣體的質(zhì)量、體積不變,則容器內(nèi)氣體密度始終保持不變,不能判定平衡狀態(tài),故D錯(cuò)誤;E1molH-O鍵斷裂的同時(shí)2molC=O鍵形成,都表示正反應(yīng)速率,不能判定平衡狀態(tài),故E錯(cuò)誤;F.反應(yīng)前后氣體的物質(zhì)的量發(fā)生變化,則混合氣體的平均摩爾質(zhì)量為變量,混合氣體的平均摩爾質(zhì)量不變,說(shuō)明達(dá)到平衡狀態(tài),故F正確,故答案為:BCF;

(3)根據(jù)三段式:

從反應(yīng)開(kāi)始到平衡,用氫氣濃度變化表示的平均反應(yīng)速率為:v(H2)==0.225mol/(L·min);達(dá)平衡時(shí)容器內(nèi)平衡時(shí)與起始時(shí)的壓強(qiáng)之比為=58,故答案為:0.225mol/(L·min); 58;

(4)甲醇、氧氣在酸性條件下可構(gòu)成燃料電池,負(fù)極上甲醇發(fā)生氧化反應(yīng)生成二氧化碳,負(fù)極的電極反應(yīng)式為CH3OH-6e-+H2O=6H++CO2;鉛蓄電池中負(fù)極材料為Pb,氧化為PbSO4,甲醇燃料電池中負(fù)極通入甲醇,氧化生成CO2,相同質(zhì)量的Pb和甲醇轉(zhuǎn)移的電子數(shù)之比為×2×6=32621,則甲醇燃料電池的理論放電量是鉛蓄電池的=19.4倍,故答案為:CH3OH-6e-+H2O=6H++CO2;19.4

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已知:

,_______

一定條件下,將以一定比例置于恒溫恒容的密閉容器中發(fā)生上述反應(yīng),下列能說(shuō)明反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)的有_______。

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NO的體積比保持不變 反應(yīng)速率

碳氧化物的轉(zhuǎn)化:

可用于合成甲醇,反應(yīng)方程式為:,在一恒溫恒容密閉容器中充入進(jìn)行上述反應(yīng)。測(cè)得CO濃度隨時(shí)間變化如圖1所示。

內(nèi),氫氣的反應(yīng)速率為____后,保持溫度不變,向該密閉容器中再充入,則平衡_______正向、逆向移動(dòng)。

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