题目内容

17．甲醇是一种新型的汽车动力燃料，工业上可通过CO和H2化合来制备甲醇：
CO（g）+2H2（g）?CH3OH （g）
（1）在容积固定为2L的密闭容器内充入1mol CO和2mol H2，加入 催化剂后在250℃开始反应，CO的平衡转化率与温度、压强的关系如图所示．
容器中M、N两点气体的物质的量之比为5：4．
M、N、Q三点的平衡常数KM、KN、KQ的大小关系为KM=KN＞KQ．
（2）通过压力计监测上述容器内压强的变化如下：
反应时间/min0510152025
压强/Mpa12.610.89.58.78.48.4
则从反应开始到20min时，以CO表示的平均反应速率为0.0125mol/（L．min），该温度下平衡常数K=4．
（3）下列描述中能说明上述反应已达平衡状态的是BC．
A．2v（H2）正=v（CH3OH）逆
B．容器内气体的平均摩尔质量保持不变
C．容器中气体的压强保持不变
D．单位时间内生成n mol CO的同时生成2n mol H2
（4）25℃时以甲醇燃料电池（电解质溶液为稀硫酸）为电源电解300mL NaCl溶液，正极反应式为O2+4 H++4 e-=2 H2O．在电解一段时间后，NaCl溶液的pH变为13（假设NaCl溶液的体积不变），则理论上消耗甲醇的物质的量为0.005mol．

分析 （1）M点CO转化率为50%，则转化的CO为0.5mol，由方程式可知气体物质的量减小0.5mol×2=1mol，混合气体总物质的量为（1+2-1）mol=2mol，N点CO转化率为70%，则转化的CO为0.7mol，由方程式可知气体物质的量减小0.7mol×2=1.4mol，混合气体总物质的量为（1+2-1.4）mol=1.6mol；
由图可知，随温度升高，CO的转化率减小，说明平衡向逆反应方向移动，平衡常数减小，平衡常数知识温度影响，温度相同平衡常数相同；
（2）由表中数据可知，20min时处于平衡状态，设转化的CO为x，则：
           CO（g）+2H2（g）?CH3OH （g）
起始量（mol）：1      2         0
变化量（mol）：x      2x        x
平衡量（mol）：1-x    2-2x      x
压强之比等于物质的量之比，则平衡时混合气体总物质的量为（1mol+2mol）×$\frac{8.4MPa}{12.6MPa}$=（1-x+2-2x）+x）mol，解得x=0.5，再根据v=$\frac{△c}{△t}$计算v（CO），而平衡常数K=$\frac{c（C{H}_{3}OH）}{c（CO）×{c}^{2}（{H}_{2}）}$；
（3）A．不同物质表示正逆速率之比等于化学计量数之比，反应到达平衡；
B．正向是气体物质的量减小的方向，而反应前后气体总的质量是不变的，只要是正向移动，混合气体的摩尔质量就会增大；
C．正向是气体物质的量减小的方向，随反应进行，压强减小，压强不再变化说明到达平衡；
D．单位时间内生成n mol CO的同时生成2n mol H2，均表示逆反应速率，反应始终存在该比例关系；
（4）正极上发生还原反应，氧气在正极获得电子，酸性条件下生成水，电解NaCl溶液发生反应：2NaCl+2H2O$\frac{\underline{\;电解\;}}{\;}$2NaOH+H2↑+Cl2↑，在电解一段时间后，NaCl溶液的pH变为13，则NaOH浓度为0.1mol/L，故生成NaOH为0.3L×0.1mol/L=0.03mol，燃料电池中甲醇氧化生成二氧化碳，根据电子转移守恒计算理论上消耗甲醇的物质的量．

解答 解：（1）M点CO转化率为50%，则转化的CO为0.5mol，由方程式可知气体物质的量减小0.5mol×2=1mol，混合气体总物质的量为（1+2-1）mol=2mol，N点CO转化率为70%，则转化的CO为0.7mol，由方程式可知气体物质的量减小0.7mol×2=1.4mol，混合气体总物质的量为（1+2-1.4）mol=1.6mol，容器中M、N两点气体的物质的量之比为2mol：1.6mol=5：4；
M、N两点温度相同，则KM=KN、KQ，图可知，随温度升高，CO的转化率减小，说明平衡向逆反应方向移动，平衡常数减小，Q点的温度比M、N高，故平衡常数KM=KN＞KQ，
故答案为：5：4；KM=KN＞KQ；
（2）由表中数据可知，20min时处于平衡状态，设转化的CO为x，则：
             CO（g）+2H2（g）?CH3OH （g）
起始量（mol）：1      2          0
变化量（mol）：x      2x         x
平衡量（mol）：1-x    2-2x        x
压强之比等于物质的量之比，则平衡时混合气体总物质的量为（1mol+2mol）×$\frac{8.4MPa}{12.6MPa}$=（1-x+2-2x）+x）mol，解得x=0.5，
则v（CO）=$\frac{\frac{0.5mol}{2L}}{20min}$=0.0125mol/（L．min），
平衡常数K=$\frac{c（C{H}_{3}OH）}{c（CO）×{c}^{2}（{H}_{2}）}$=$\frac{\frac{0.5}{2}}{\frac{1-0.5}{2}×（\frac{2-0.5×2}{2}）^{2}}$=4，
故答案为：0.0125mol/（L．min）；4；
（3）A．不同物质表示正逆速率之比等于化学计量数之比，反应到达平衡，应是v（H2）正=2v（CH3OH）逆表示反应到达平衡状态，故A错误；
B．正向是气体物质的量减小的方向，而反应前后气体总的质量是不变的，只要是正向移动，混合气体的摩尔质量就会增大，反之会减小，故混合气体摩尔质量不变可以说明到达平衡，故正确；
C．正向是气体物质的量减小的方向，随反应进行，压强减小，压强不再变化说明到达平衡，故正确；
D．单位时间内生成n mol CO的同时生成2n mol H2，均表示逆反应速率，反应始终存在该比例关系，故错误，
故选：BC；
（4）正极上发生还原反应，氧气在正极获得电子，酸性条件下生成水，电极反应式为：O2+4 H++4 e-=2 H2O，
电解NaCl溶液发生反应：2NaCl+2H2O$\frac{\underline{\;电解\;}}{\;}$2NaOH+H2↑+Cl2↑，在电解一段时间后，NaCl溶液的pH变为13，则NaOH浓度为0.1mol/L，故生成NaOH为0.3L×0.1mol/L=0.03mol，则生成氯气为0.015mol，燃料电池中甲醇氧化生成二氧化碳，根据电子转移守恒，理论上消耗甲醇的物质的量为$\frac{0.015mol×2}{6}$=0.005mol．
）故答案为：O2+4 H++4 e-=2 H2O；0.005mol．

点评 本题考查化学平衡的有关计算、化学平衡影响因素、化学平衡状态的判断、电化学等，侧重考查学生分析计算能力，难度中等．

练习册系列答案
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9．现需配制0.4mol•L-1 NaOH 溶液480mL．某同学转移溶液的示意图如图：
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④若在配置过程中出现下列情况，将使所配制的NaOH溶液的浓度偏低的是ABE（选各选项的序号）．
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B．用托盘天平称量一定质量固体NaOH时，所用的小烧杯内壁不太干燥
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回答下列问题：
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实验编号n（H 2）/n（CO）T/℃P/MPa
im12501
ii3T15
iiim2350P1
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12．草酸（乙二酸）存在于自然界的植物中，草酸的钠盐和钾盐易溶于水，而其钙盐难溶于水；草酸晶体（H2C2O4•2H2O）无色，熔点为101℃，易溶于水，受热脱水、升华，170℃以上分解．回答下列问题：
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（2）乙组同学认为草酸晶体分解的产物中含有CO，为进行验证，选用甲组实验中的装置A、B和如图所示的部分装置进行实验．
①乙组的实验装置中，依次连接的合理顺序为A→B→F→D→G→H→D→I．装置H反应管中盛有的物质是CuO；I中集气瓶收集到的气体主要是CO．
②能证明草酸晶体分解产物中有CO的现象是H中黑色粉末变为红色，其后的D中澄清石灰水变浑浊．
（3）丙组同学欲进一步证明产物CO能否与Na2O2反应．从A～J中选用装置进行实验，最简单的装置接口连接顺序是：A→B→F→J（盛Na2O2的干燥管）；实验后用J中的固体进行验证的方法是：取丁中的固体，滴加足量稀硫酸，将生成的气体通入澄清石灰水，若石灰水变浑浊，则发生了反应；否则，未发生反应（可另选试剂）．
2．请设计实验方案区分已烷、溴乙烷、乙醇三种液态有机物．
9．常温下设a代表Ba（OH）2，b代表NaOH溶液，c代表NH3•H2O溶液．下列说法正确的是（　　）
A．同物质的量浓度的三种溶液的pH：a＞b＞c
B．同pH时，三种溶液稀释相同倍数后，pH：a＞b＜c
C．同pH、同体积的三种溶液消耗同浓度盐酸 的体积：a=b=c
D．同pH时，稀释不同倍数、pH仍相同，三种溶液稀释的倍数：a＞b＞c
6．化合物F是合成高活性、安全农药茚虫威的重要中间体．
已知：R-Cl$→_{C_{2}H_{5}OH}^{CH_{2}（COOC_{2}H_{5}）_{2}}$RCH（COOC2H5）2$→_{③△}^{①OH-②H_{3}O-}$RCH2COOH
以化合物A为原料合成化合物F的流程如下：

完成下列填空：
（1）写出反应A→B的化学方程式+Cl2$\stackrel{光照}{→}$+HCl．
（2）写出化合物D中含氧官能团的名称羧基；写出B→C的反应类型取代反应．
（3）某化合物是D的同分异构体，能使FeCl3溶液显紫色，且分子中只有3种不同化学环境的氢．写出该化合物的结构简式或（任写一种）．
（4）E→F的转化中，会产生一种与F互为同分异构体且碳环上碳原子数目相同的副产物，其结构简式为．
（5）根据已有知识并结合所给信息，写出以化合物F和CH2（COOC2H5）2为有机反应原料制备  的合成路线流程图（注明反应条件）．合成路线流程图示例如下：
7．下列实验不能达到预期目的是（　　）
A．用饱和食盐水除去Cl2中少量的HCl
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D．用硝酸酸化的氯化钡溶液检验某溶液中是否含有SO42-

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