Question

12．目前工业上有一种方法是用CO₂生产燃料甲醇．一定条件下发生反应：CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g），图1表示该反应过程中能量（单位为kJ•mol^-1）的变化．

（1）该反应为放热反应，原因是反应物的总能量高于生成物的总能量．
（2）下列能说明该反应已经达到平衡状态的是BC（填序号）
A．v （H₂）=3v（CO₂）                      B．容器内气体压强保持不变
C．v_逆（CO₂）=v_正（CH₃OH）             D．容器内气体密度保持不变
（3）在体积为1L的密闭容器中，充入1molCO₂和3molH₂，测得CO₂和CH₃OH（g）的浓度随时间变化如图2所示．从反应开始到平衡，用氢气浓度变化表示的平均反应速率v（H₂）=0.225mol/（L．min）． 达平衡时容器内平衡时与起始时的压强之比5：8．
（4）甲醇、氧气在酸性条件下可构成燃料电池，其负极的电极反应式为CH₃ OH-6e^-+H₂O=6H⁺+CO₂．

Answer 1

分析 （1）图象分析可知反应物能量高于生成物反应为放热反应；
（2）根据化学平衡状态的特征解答，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，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；
（3）由图2可知，甲醇的浓度变化量为0.75mol/L，根据v=$\frac{△c}{△t}$计算v（CH₃OH），再利用速率之比等于化学计量数之比计算v（H₂），相同条件下气体压强之比等于气体物质的量之比；
（4）甲醇、氧气在酸性条件下可构成燃料电池，其负极是甲醇失电子在酸性溶液中生成二氧化碳，结合电荷守恒和原子守恒配平书写得到的电极反应式

解答 解：（1）图象分析可知反应物二氧化碳和氢气总你高于生成物甲醇和水蒸气的总能量，反应为放热反应，
故答案为：放热；   反应物的总能量高于生成物的总能量；
（2）CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g），为气体体积减小的放热反应
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，v （H₂）=3v（CO₂）不能说明正逆反应速率相同，不能证明反应达到平衡状态，故A错误；
B．反应前后气体物质的量发生变化，当容器内气体压强保持不变说明反应达到平衡状态，故B正确；
C．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，v_逆（CO₂）=v_正（CH₃OH），说明二氧化碳正逆反应速率相同，故C正确；
D．反应前后气体体积和质量不变，密度始终不变，容器内气体密度保持不变不能说明反应达到平衡状态，故D错误；
故答案为：BC；
（3）由图2可知，10min达平衡时甲醇的浓度变化量为0.75mol/L，所以v（CH₃OH）=$\frac{0.75mol/L}{10min}$=0.075mol/（L•min），速率之比等于化学计量数之比，所以v（H₂）=3v（CH₃OH）=3×0.075mol/（L•min）=0.225mol/（L•min），反应前后气体压强之比等于其物质的量之比，反应前气体物质的量=4mol，依据三行计算列式得到；，甲醇生成0.75mol，最后达到平衡状态二氧化碳物质的量0.25mol，
                         CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g），
起始量（mol）     1              3                    0               0
变化量（mol）   0.75            2.25               0.75            0.75
平衡量（mol）   0.25            0.75               0.75           0.75
 达平衡时容器内平衡时与起始时的压强之比=（0.25+0.75+0.75+0.75）：（1+3）=5：8，
故答案为：0.225mol/（L．min）；5：8；
（4）甲醇、氧气在酸性条件下可构成燃料电池，其负极是甲醇失电子在酸性溶液中生成二氧化碳，结合电荷守恒和原子守恒配平书写得到的电极反应式为CH₃ OH-6e^-+H₂O=6H⁺+CO₂，
故答案为：CH₃ OH-6e^-+H₂O=6H⁺+CO₂；

点评 本题考查了化学图象分析、化学平衡状态的判断、反应速率概念计算、原电池电解反应书写等知识点，掌握基础是解题关键，题目难度中等