Question

【题目】甲醇是重要的化工原料，利用CO2和H2合成甲醇，发生的主反应如下：CO2（g）+3H2（g）CH3OH（g）+H2O（g）△H
已知：在 25℃、101kPa 下，1g 甲醇燃烧生成 CO2和液态水时放热 22.70kJ．
（1）请写出表示甲醇燃烧热的热化学方程式 ．
（2）在一恒温恒容密闭容器中充入1mol CO2和3molH2进行上述反应．测得CO2和CH3OH（g）浓度随时间变化如图1所示．回答：0～10min内，氢气的平均反应速率为mol/（Lmin）；第10min 后，保持温度不变，向该密闭容器中再充入0.75mol CO2（g）和1.5molH2O（g），则平衡（填“正向”、“逆向”或“不”）移动．恒温恒压密闭容器中该反应达平衡状态的依据是（填序号） ．
A．v正（CH3OH）=3v逆（H2） B．混合气体的密度不变
C．c（CH3OH）=c（H2O） D．混合气体的总物质的量不变
（3）如图2，25℃时以甲醇燃料电池（电解质溶液为稀硫酸）为电源来电解300mL某NaCl溶液，该装置中 a 极为极，负极反应式为 ． 在电解一段时间后，NaCl溶液的pH值变为12（假设NaCl 溶液的体积不变），则理论上消耗甲醇的物质的量为mol．
（4）取五份等体积的CO2和H2的混合气体（物质的量之比均为1：3），分别加入温度不同、容积相同的恒容密闭容器中，发生上述反应，反应相同时间后，测得甲醇的体积分数φ（CH3OH）与反应温度T的关系曲线如图3所示，则上述CO2转化为甲醇的反应的△H0（填“＞”、“＜”或“=”）．

Answer 1

【答案】
（1）CH3OH（l）+ O2（g）=CO2（g）+2H2O（l）△H=﹣726.40KJ/mol
（2）0.225；正向；BD
（3）阳；CH3OH﹣6e﹣+H2O=CO2+6H+；0.0005
（4）＜
【解析】解：（1）已知：在 25℃、101kPa 下，1g甲醇燃烧生成 CO2和液态水时放热 22.70kJ，32g甲醇燃烧生成二氧化碳和液态水放热726.40KJ，甲醇燃烧的热化学方程式为CH3OH（l）+ O2（g）=CO2（g）+2H2O（l）△H=﹣726.40KJ/mol，所以答案是：CH3OH（l）+ O2（g）=CO2（g）+2H2O（l）△H=﹣726.40KJ/mol；（2）图象分析可知，甲醇变化浓度为0.75mol/L，甲醇的反应速率v（CH3OH）= =0.075mol/（Lmin ），反应速率之比等于化学方程式计量数之比，v（H2）=3v（CH3OH）=3×0.075mol/（Lmin ）=0.225mol/（Lmin ），结合化学三行计算得到，图象分析可知体积为1L， CO2（g）+3H2（g）CH3OH（g）+H2O（g）
起始量（mol/L） 1 3 0 0
变化量（mol/L） 0.75 2.25 0.75 0.75
平衡量（mol/L） 0.25 0.75 0.75 0.75
该温度下平衡常数K= =5.3
第10min 后，保持温度不变，向该密闭容器中再充入0.75mol CO2（g）和1.5mol H2O（g），
Qc= =4.5＜K=5.3，反应正向进行，CO2（g）+3H2（g）CH3OH（g）+H2O（g）反应是气体体积减小的反应，恒温恒压密闭容器中该反应达平衡状态的依据是正逆反应速率相同是化学平衡的标志，A．反应速率之比等于化学方程式计量数之比为正反应速率之比，当3v正（CH3OH）=v逆（H2），说明氢气正逆反应速率相同，表示反应达到平衡状态，v正（CH3OH）=3v逆（H2）不能说明反应达到平衡状态，故A错误；B．反应前后气体质量相同，恒温恒压密闭容器中混合气体的密度不变，能说明反应达到平衡状态，故B正确；C．甲醇和水蒸气浓度浓度和起始量变化量有关，c（CH3OH）=c（H2O）不能说明反应达到平衡状态，故C错误；D．反应前后气体物质的量变化，混合气体的总物质的量不变说明反应达到平衡状态，故D正确；所以答案是：0.225，正向，B D；（3）在甲醇燃料电池（电解质溶液为稀硫酸）中，正极发生还原反应，即O2放电，甲醇在负极失电子发生氧化反应，与甲醇电极相连的b为原电池阴极，与通入氧气的电极相连的a为阳极，根据电解质溶液为酸性溶液，得出正极反应为：O2+4e﹣+4H+=2H2O，负极电极反应为：CH3OH﹣6e﹣+H2O=CO2+6H+ ， NaCl溶液的pH值变为12，即得出△n（OH﹣）=10﹣2mol/L×0.3L=0.003mol=△n（H+），根据电解池中阴极的电极反应2H++2e﹣=H2↑可知：电解池的阴极得0.003mol电子．而流经四个电极的电量相等，根据燃料电池的负极反应CH3OH﹣6e﹣+H2O=CO2+6H+可知CH3OH～6e﹣ ， 故失0.003mol电子时消耗0.0005mol甲醇．所以答案是：阳，CH3OH﹣6e﹣+H2O=CO2+6H+ ， 0.0005；（4）由图可知最高点反应到达平衡，达平衡后，温度越高，φ（CH3OH）越小，平衡向逆反应进行，升高温度平衡吸热方向进行，逆反应为吸热反应，则正反应为放热反应，即△H＜0，所以答案是：＜．
【考点精析】本题主要考查了化学平衡状态本质及特征和化学平衡状态的判断的相关知识点，需要掌握化学平衡状态的特征：“等”即 V正=V逆>0；“动”即是动态平衡，平衡时反应仍在进行；“定”即反应混合物中各组分百分含量不变；“变”即条件改变，平衡被打破，并在新的条件下建立新的化学平衡；与途径无关，外界条件不变，可逆反应无论是从正反应开始，还是从逆反应开始，都可建立同一平衡状态（等效）；状态判断：①v(B耗)=v(B生)②v(C耗):v(D生)=x : y③c(C)、C%、n(C)%等不变④若A、B、C、D为气体，且m+n≠x+y，压强恒定⑤体系颜色不变⑥单位时间内某物质内化学键的断裂量等于形成量⑦体系平均式量恒定（m+n ≠ x+y）等才能正确解答此题．