Question

工业上用CO生产燃料甲醇，一定条件下发生反应：CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）．图1表示反应中能量的变化；图2表示一定温度下，在体积为2L的密闭容器中加入4mol H₂和一定量的CO后，CO和CH₃OH（g）的浓度随时间变化．
请回答下列问题：
（1）在“图1”中，曲线

 

（填：a或b）表示使用了催化剂；该反应属于

 

（填：吸热、放热）反应．
（2）下列说法正确的是

 

．
A．起始充入的CO为1mol
B．增加CO浓度，CO的转化率增大
C．容器中压强恒定时，反应已达平衡状态
D．保持温度和密闭容器容积不变，再充入1mol CO和2mol H₂，再次达到平衡时n（CH₃OH）/n（CO）会减小
（3）从反应开始到建立平衡，v（H₂）=

 

；该温度下CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）的化学平衡常数为

 

．若保持其它条件不变，将反应体系升温，则该反应化学平衡常数

 

（填“增大”、“减小”或“不变”）．
（4）请在“图3”中画出平衡时甲醇百分含量（纵坐标）随温度（横坐标）变化的曲线，要求画压强不同的2条曲线（在曲线上标出P₁、P₂，且P₁＜P₂）．
（5）已知CH₃OH（g）+

3

2

O₂（g）=CO₂（g）+2H₂O（g）△H=-192.9kJ/mol又知H₂O（l）=H₂O（g）△H=+44kJ/mol，请写出32g的CH₃OH（g）完全燃烧生成液态水的热化学方程式

 

．
（6）甲醇对水质会造成一定的污染，有一种电化学法可消除这种污染，其原理是：将Co²⁺氧化成Co³⁺，然后以Co³⁺做氧化剂把水中的甲醇氧化成CO₂而净化．写出用Co³⁺除去甲醇的离子方程式

 

．

Answer 1

分析：（1）根据图中反应的活化能的大小来分析是否使用催化剂，利用反应前后的总能量来分析反应的能量变化；
（2）A．利用转化的CO和平衡时CO的量来分析；
B．增加CO浓度，会促进氢气的转化；
C．该反应为反应前后压强不等的反应；
D．再充入1molCO和2molH₂，体积不变，则压强增大，平衡正向移动．
（3）由图2计算用CO表示的反应速率，再利用反应速率之比等于化学计量数之比来计算氢气的反应速率，利用各物质平衡的浓度来计算化学平衡常数；
（4）根据温度和压强对该反应的影响来分析；
（5）根据盖斯定律来解答；
（6）以Co³⁺做氧化剂把水中的甲醇氧化成CO₂而净化，自身被还原为Co²⁺，结合原子守恒与电荷守恒可知，还原生成H⁺．

解答：解：（1）由图可知，曲线b降低了反应所需的活化能，则b使用了催化剂，又该反应中反应物的总能量大于生成物的总能量，则该反应为放热反应，故答案为：b；放热；  
（2）A．由图2可知生成0.75mol/LCH₃OH，则反应了0.75mol/LCO，平衡时有0.25mol/LCO，即CO的起始物质的量为（0.75mol/l+0.25mol/L）×2L=2mol，故A错误；
B．增加CO浓度，会促进氢气的转化，氢气的转化率增大，但CO的转化率减小，故B错误；
C．该反应为反应前后压强不等的反应，则压强不变时，该反应达到平衡状态，故C正确；
D．再充入1molCO和2molH₂，体积不变，则压强增大，平衡正向移动，再次达到平衡时

n(CH3OH)

n(CO)

会增大，故D错误．
故答案为：C；
（3）由图2可知，反应中减小的CO的浓度为1mol/L-0.25mol/L=0.75mol/L，10min时达到平衡，
则用CO表示的化学反应速率为

0.75mol/L

10min

=0.075mol?L^-1?min^-1，
因反应速率之比等于化学计量数之比，则v（H₂）=0.075mol?L^-1?min^-1×2=0.15mol?L^-1?min^-1，
      CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）
开始1mol/L    2mol/L               0
转化0.75mol/L 1.5mol/L             0.75mol/L
平衡0.25mol/L 0.5mol/L             0.75mol/L
则化学平衡常数K=

0.75mol/L

0.25mol/L×(0.5mol/L ) 2

=12 L²?mol^-2，
故答案为：0.15mol?L^-1?min^-1；12 L²?mol^-2；
（4）CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）△H＜0，
则温度越高，逆向反应进行的程度越大，甲醇的含量就越低，
压强增大，反应正向进行的程度大，则甲醇的含量高，则图象为
，故答案为：；
（5）CH₃OH（g）+

3

2

O₂（g）=CO₂（g）+2H₂O（g）△H=-192.9kJ/mol  ①
                H₂O（l）=H₂O（g）△H=+44kJ/mol             ②
①-②×2得：CH₃OH（g）+

3

2

O₂（g）=CO₂（g）+2H₂O（l）△H=-280.9kJ/mol，
故答案为：CH₃OH（g）+

3

2

O₂（g）=CO₂（g）+2H₂O（l）△H=-280.9kJ/mol；
（6）以Co³⁺做氧化剂把水中的甲醇氧化成CO₂而净化，自身被还原为Co²⁺，结合原子守恒与电荷守恒可知，还原生成H⁺，配平书写离子方程式为：6Co³⁺+CH₃OH+H₂O=CO₂↑+6Co²⁺+6H⁺；
故答案为：6Co³⁺+CH₃OH+H₂O=CO₂↑+6 Co²⁺+6H⁺．

点评：本题考查反应速率的计算、化学平衡有关计算、热化学方程式书写、氧化还原反应等，难度中等，注意对知识的理解与掌握，是对学生能力的考查．