Question

5．一定条件下，在体积为3L的密闭容器中反应：CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）达到化学平衡状态．
（1）根据如图1，升高温度，K值将减小（填“增大”、“减小”或“不变”）．
（2）500℃时，从反应开始到达到化学平衡，以H₂的浓度变化表示的化学反应速率是$\frac{2{n}_{B}}{{3t}_{B}}$mol/（L•min）（用n_B、t_B表示）．
（3）该可逆反应达到化学平衡状态的标志是ac（填字母）．
a、CO、H₂、CH₃OH的浓度均不再变化            b、混合气体的密度不再改变
c、混合气体的平均相对分子质量不再改变       d、v_生成（CH₃OH）=v_消耗（CO）
（4）300℃时，将容器的容积压缩到原来的1/2，在其他条件不变的情况下，对平衡体系产生的影响是cd（填字母）．
a、c（H₂）减少                 b、正反应速率加快，逆反应速率减慢
c、CH₃OH 的物质的量增加        d、重新平衡时c（H₂）/c（CH₃OH）减小
（5）根据题目有关信息，请在如图2坐标图中标示出该化学反应过程的能量变化（标明信息）．
（6）以甲醇、空气、氢氧化钾溶液为原料，石墨为电极可构成燃料电池．已知该燃料电池的总反应式为：2CH₃OH+3O₂+4OH^-=2CO₃^2-+6H₂O，该电池中负极上的电极反应式是：
2CH₃OH-12e^-+16OH^-=2CO₃^2-+12H₂O，则正极上发生的电极反应为：O₂+2H₂O+e^-=4OH^-．

Answer 1

分析 （1）从平衡移动角度结合K表达式分析；
（2）用v=$\frac{△c}{△t}$求算；
（3）当反应达到平衡状态时，正逆反应速率相等，各物质的浓度、百分含量不变，以及由此衍生的一些量也不发生变化，据此解答，解题时要注意，选择判断的物理量，随着反应的进行发生变化，当该物理量由变化到定值时，说明可逆反应到达平衡状态；（4）将容器的容积压缩到原来的$\frac{1}{2}$，压强增大，反应速率增大，平衡向正反应方向移动，以此判断；
（5）根据该反应放热，生成物的总能量小于反应物的总能量，△H＜O；
（6）根据正极的电极反应=总反应-负极的电极反应．

解答 解：（1）500℃时，生成物的浓度比300℃低，说明升温平衡逆向移动，其△H＜0，升温时平衡逆向移动，K减小；
故答案为：减小；
（2）生成甲醇n_Bmol，则参加反应的氢气2n_Bmol，v（H₂）=$\frac{2{n}_{B}}{{3t}_{B}}$mol/（L•min），故答案为：$\frac{2{n}_{B}}{{3t}_{B}}$mol/（L•min）；
（3）化学平衡状态判断的关键：v（正）=v（逆）和各物质的浓度保持不变．
a、物质的浓度保持不变说明反应已达平衡状态，故a正确；
b、V是3L不变，反应物和生成物都是气体，混合气体总质量m不变，所以ρ时刻保持不变，故b错误；
c、反应物有3mol气体时完全反应后应生成1mol气体，气体物质的量减小，质量不变，故平均相对分子质量不变时说明反应已达平衡状态，故c正确．
d、v生成（CH₃OH）和v消耗（CO）都是正向进行，无法体现v（正）=v（逆），故d错误；
故答案为：ac；
（4）a．将容器的容积压缩到原来的$\frac{1}{2}$，氢气的物质的量减少，但c（H₂）增大，故错误；
b．将容器的容积压缩到原来的$\frac{1}{2}$，压强增大，正逆反应速率都增大，故b错误；
c．将容器的容积压缩到原来的$\frac{1}{2}$，平衡向正反应方向移动，CH₃OH 的物质的量增加，故c正确；
d．将容器的容积压缩到原来的$\frac{1}{2}$，压强增大，平衡向正反应方向移动，CH₃OH的物质的量增加，氢气的物质的量减少，但浓度增大，甲醇的物质的量增多，故有c（H₂）/c（CH₃OH）减小，故d正确；
故答案为：cd；
（5）该反应放热，生成物的总能量小于反应物的总能量，△H＜O，图象为：；
故答案为：；

（6）燃料电池的总反应式为：2CH₃OH+3O₂+4OH^-=2CO₃^2-+6H₂O，负极上的电极反应式是：2CH₃OH-12e^-+16OH^-=2CO₃^2-+12H₂O，两式相减，正极上的电极反应式是：O₂+2H₂O+e^-=4OH^-；
故答案为：O₂+2H₂O+e^-=4OH^-．

点评 本题主要考查化学反应速率、平衡图象、化学平衡常数、平衡状态的判断、电极反应方程式等，难度不大，注意基础知识的理解掌握．