Question

6．工业上有一种用CO₂来生产甲醇燃料的方法：CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）△H=-49.0kJ•mol^-1
将6mol CO₂和8mol H₂充入2L的密闭容器中，测得H₂的物质的量随时间变化如如图所示（实线）．图中数据a（1，6）表示：在1min时H₂的物质的量是6mol．
（1）a点正反应速率大于（填“大于”“等于”或“小于”）逆反应速率．计算其化学平衡常数K=0.5L²•mol^-2
（2）下列时间段平均反应速率最大的是A
A．O～1min
B．1～3min
C．3～8min
D．8～11min
（3）仅改变某一实验条件再进行两次实验测得H₂的物质的量随时间变化如图中虚线所示．曲线I对应的实验条件改变是升高温度，曲线Ⅱ对应的实验条件改变是增大压强或增大CO₂浓度．
（4）锰酸锂、钛酸锂都是绿色环保新型能源材料，可以用MnO₂为原料制取锰酸锂．
①以石墨为电极，电解酸化的MnSO₄溶液可制备MnO₂，则阳极的电极反应式为Mn²⁺+2H₂O-2e^-═MnO₂+4H⁺．
②MnO₂是碱性锌锰电池的正极材料．碱性锌锰电池放电时，正极的电极反应式为MnO₂+H₂O+e^-=MnO（OH）+OH^-．

Answer 1

分析 （1）a点时还没有达到平衡状态，从反应物的物质的量的变化趋势判断反应进行的方向，依次判断正逆反应速率大小；平衡常数K=$\frac{生成物平衡浓度幂次方乘积}{反应物平衡浓度幂次方乘积}$；
（2）根据曲线的斜率判断，斜率越大，说明在单位时间内反应物的变化率越大，反应速率越大，也可分别计算不同时间内的反应速率大小来进行比较；
（3）从虚线变化判断达到平衡时反应物的转化的物质的量来分析，曲线I反应速率增大，但转化的氢气的物质的量少，应是升高温度，因该反应放热，升高温度平衡逆向移动，曲线Ⅲ反应速率增大，转化的氢气的物质的量多，平衡正向移动，应是增大压强；
（4）①阳极上锰离子失电子发生氧化反应；
②原电池工作原理正极MnO₂得电子发生还原反应；

解答 解：（1）a点时还没有达到平衡状态，反应物氢气的物质的量继续减小，平衡向正向移动，所以正反应速率大于逆反应速率，
                             CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）
起始物质的量/mol      6                8              0                 0
物质的量变化/mol      2                6             2                  2
平衡物质的量/mol      4                2              2                 2      
K=$\frac{c（C{H}_{3}OH）c（{H}_{2}O）}{c（C{O}_{2}）{c}^{3}（{H}_{2}）}$=$\frac{\frac{2mol}{2L}×\frac{2mol}{2L}}{\frac{4mol}{2L}×（\frac{2mol}{2L}）^{3}}$=0.5L²•mol^-2，
故答案为：大于；0.5L²•mol^-2；
（2）分别计算不同时间内的反应速率：0～1min内，v（H₂）=$\frac{（8-6）mol}{2L×1min}$=1mol/（L•min）；1～3min内，v（H₂）=$\frac{（6-3）mol}{2L×（3-1）min}$=0.75mol/（L•min）；3～8min内，v（H₂）=$\frac{（3-1）mol}{2L×（8-3）min}$=0.1mol/（L•min）；8min后达到化学平衡状态，正逆反应速率相等，综合速率为零；所以0～1min内反应速率最大，8～11min反应速率最小，
故答案为：A；
（3）曲线I反应速率增大，但转化的氢气的物质的量少，应是升高温度，因该反应放热，升高温度平衡逆向移动，不利于氢气的转化，故曲线I是升高温度；曲线Ⅲ反应速率增大，转化的氢气的物质的量多，因增大压强平衡正向移动，故应是增大压强，增大二氧化碳浓度也会使平衡正向进行，
故答案为：升高温度；增大压强或增大CO₂ 浓度
（4）①阳极上锰离子失电子和水反应生成二氧化锰和氢离子，电极反应式为Mn²⁺+2H₂O-2e^-═MnO₂+4H⁺，故答案为：Mn²⁺+2H₂O-2e^-═MnO₂+4H⁺；
②原电池中负极失去电子，正极得到电子，因此碱性锌锰电池放电时，正极是二氧化锰得到电子，则电极反应式为：MnO₂+H₂O+e^-=MnO（OH）+OH^-，
故答案为：MnO₂+H₂O+e^-=MnO（OH）+OH^-；

点评 本题考查化学反应速率或平衡的图象和热化学反应方程式、电极反应式的书写，考查计算反应速率的大小比较以及反应物转化的多少，注意把握对题目图象的分析．题目较为综合，具有一定难度．