Question

8．甲醇是一种可再生能源，具有开发和应用的广阔前景，请回答下列问题：
（1）一定温度下，在一恒容的密闭容器中，由CO和H₂合成甲醇：CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）
①下列情形不能说明该反应已达到平衡状态的是C（填序号）．
A．每消耗1mol CO的同时生成2molH₂
B．混合气体总物质的量不变
C．生成CH₃OH的速率与消耗CO的速率相等
D．CH₃OH、CO、H₂的浓度都不再发生变化
②CO的平衡转化率（α）与温度、压强的关系如图所示．

B、C两点的平衡常数K（B）＞K（C）（填“＞”、“=”或“＜”）．
③某温度下，将2.0mol CO和6.0molH₂充入2L的密闭容器中，达到平衡时测得c（CO）=0.25mol/L，CO的转化率=75%，此温度下的平衡常数K=1.3．（保留二位有效数字）．
（2）常温下，将V mL、0.20mol/L氢氧化钠溶液逐滴加入到20.00mL、0.20mol/L甲酸溶液中，充分反应，溶液pH=7，此时V＜20.00（填“＞”、“=”或“＜”）；当氢氧化钠溶液与甲酸溶液恰好完全反应时，溶液中所含离子浓度由大到小顺序c（Na⁺）＞c（HCOO^-）＞c（OH^-）＞c（H⁺）
（3）温度650℃的熔融盐燃料电池，用（CO、H₂）作反应物，空气与CO₂的混合气体为正极反应物，镍作电极，用Li₂CO₃和Na₂CO₃混合物作电解质．该电池的正极反应式为O₂+4e^-+2CO₂=2CO₃^2-．
（4）己知：CH₃OH、H₂的燃烧热（△H）分别为-726.5kJ/mol、-285.8kJ/mol，则常温下CO₂和H₂反应生成CH₃OH和H₂O的热化学方程式是CO₂（g）+3H₂（g）=CH₃OH（l）+H₂O（l）△H=-130.9 kJ/mol．

Answer 1

分析 （1）①可逆反应到达平衡时，同种物质的正逆速率相等，各组分的浓度、含量保持不变，由此衍生的其它一些量不变，判断平衡的物理量应随反应进行发生变化，该物理量由变化到不变化说明到达平衡；
②由图可知，B、C处于等压线上，随温度升高CO转化率减小，说明升高温度平衡逆向移动；
③某温度下，将2.0mol CO和6.0molH₂充入2L的密闭容器中，达到平衡时测得c（CO）=0.25mol/L，则：
               CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）
起始浓度（mol/L）：1      3         0
变化浓度（mol/L）：0.75   1.5      0.75
平衡浓度（mol/L）：0.25   1.5      0.75
CO的转化率=$\frac{CO浓度变化量}{CO起始浓度}$×100%，平衡常数K=$\frac{c（C{H}_{3}OH）}{c（CO）×{c}^{2}（{H}_{2}）}$；
（2）HCOOH是弱电解质，NaOH是强电解质，若二者恰好完全反应生成HCOONa，溶液呈碱性，现在溶液呈中性，故HCOOH应有剩余；
恰好完全反应生成HCOONa，溶液中HCOO^-水解，溶液呈碱性；
（3）原电池正极发生还原反应，氧气在正极获得电子，与二氧化碳结合生成碳酸根离子；
（4）CH₃OH、H₂的燃烧热（△H）分别为-726.5kJ/mol、-285.8kJ/mol，可得热化学方程式：
①CH₃OH（l）+$\frac{3}{2}$O₂（g）=CO₂（g）+2 H₂O（l）△H=-726.5kJ•mol^-1，
②H₂（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）=H₂O（l）△H=-285.8kJ•mol^-1，
由盖斯定律可知，3×②-①可得：CO₂（g）+3H₂（g）=CH₃OH（l）+H₂O（l）．

解答 解：（1）①A．每消耗1molCO的同时生成2molH₂，生成2molH₂的同时可以生成1molCO，CO的消耗速率与生成速率相等，反应到达平衡状态，故A正确；
B．该反应是一个前后气体物质的量变化的反应，当混合气体总物质的量不变，达到化学平衡状态，故B正确；
C．生成CH₃OH的速率与消耗CO的速率相等，均表示正反应速率，反应始终按该比例关系进行，故C错误；
D．CH₃OH、CO、H₂的浓度都不再发生变化，说明到达化学平衡状态，故D正确，
故选：C；
②由图可知，B、C处于等压线上，随温度升高CO转化率减小，说明升高温度平衡逆向移动，所以平衡常数减小，所以K（B）＞K（C），故答案为：＞；
③某温度下，将2.0mol CO和6.0molH₂充入2L的密闭容器中，达到平衡时测得c（CO）=0.25mol/L，则：
                CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）
起始浓度（mol/L）：1       3         0
变化浓度（mol/L）：0.75    1.5      0.75
平衡浓度（mol/L）：0.25    1.5       0.75
CO的转化率=$\frac{0.75mol/L}{1mol/L}$×100%=75%，平衡常数K=$\frac{c（C{H}_{3}OH）}{c（CO）×{c}^{2}（{H}_{2}）}$=$\frac{0.75}{0.25×1．{5}^{2}}$≈1.3，
故答案为：75%；1.3；
（2）CH₃COOH是弱电解质，NaOH是强电解质，反应生成的甲酸钠是强碱弱酸盐，水解呈碱性，反应后溶液呈中性pH=7，故HCOOH应有剩余，由于二者浓度相等且按物质的量1：1反应，故V＜20.00mL；
恰好完全反应生成HCOONa，溶液中HCOO^-水解，溶液呈碱性，甲酸根离浓度减小，溶液中离子浓度大小关系为：c（Na⁺）＞c（HCOO^-）＞c（OH^-）＞c（H⁺）；
故答案为：＜；c（Na⁺）＞c（HCOO^-）＞c（OH^-）＞c（H⁺）；
（3）原电池正极发生还原反应，氧气在正极获得电子，与二氧化碳结合生成碳酸根离子，正极电极反应式为：O₂+4e^-+2CO₂=2CO₃^2-，
故答案为：O₂+4e^-+2CO₂=2CO₃^2-；
（4）CH₃OH、H₂的燃烧热（△H）分别为-726.5kJ/mol、-285.8kJ/mol，可得热化学方程式：
①CH₃OH（l）+$\frac{3}{2}$O₂（g）=CO₂（g）+2 H₂O（l）△H=-726.5kJ•mol^-1，
②H₂（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）=H₂O（l）△H=-285.8kJ•mol^-1，
由盖斯定律可知，3×②-①可得：CO₂（g）+3H₂（g）=CH₃OH（l）+H₂O（l）△H=-130.9 kJ/mol，
故答案为：CO₂（g）+3H₂（g）=CH₃OH（l）+H₂O（l）△H=-130.9 kJ/mol．

点评 本题考查化学平衡计算、化学平衡状态的判断、化学平衡常数、离子浓度大小比较、电极方程式的书写、热化学方程式的书写等，题目涉及的知识点较多，侧重于考查学生对基础知识的综合应用能力，题目难度中等．