题目内容
甲醇是一种可再生能源，在日常生活中有着广泛的应用．工业上用CO生产燃料甲醇，如：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）图表示使用和未使用催化剂时反应过程和能量的对应关系．下列有关催化剂的说法不正确是
A．降低分子的能量
B．增加了活化分子数
C．提高了活化分子百分数
D．增加了单位体积内的活化分子数
（2）从反应开始到建立平衡，用H2表示的净反应平均速率（v净=v正-v逆）v（H2）= ，该过程中释放 kJ热量．该温度T1℃下CO（g）+2H2（g）?CH3OH（g）的化学平衡常数为 （填具体数值）．
（3）在T2℃下，将2molCO和6molH2充入2L的密闭容器中，达平衡后，测得c（CO）=0.2mol?L-1，则CO的转化率为 ．比较：T2 T1 （填“＞”、“＜”或“=”）．
（4）合成气经压缩升温后进入10m3甲醇合成塔，在催化剂作用下，通过反应进行甲醇合成，T3℃下此反应的平衡常数为160．此温度下，在密闭容器中加入CO、H2，反应到某时刻测得各组分的浓度如下：
比较此时正、逆反应速率的大小：v正 v逆 （填“＞”、“＜”或“=”）．生产过程中，合成气要进行循环，其目的是 ．
（5）如图3为常用笔记本电脑所用甲醇质子交换膜燃料电池的结构示意图如．电池总反应为2CH3OH+3O2?2CO2+4H2O．在电脑的使用过程中，电池的温度往往因为各种原因会升高，试判断温度升高时该反应的平衡常数K将 （填：“增大”、“减小”或“不变”）．温度升高 （填：“有利”或“不利于”）电池将化学能转化为电能．该装置中 （填：“a”或“b”）为电池的负极，该电极反应式为 ．
请回答下列问题：
（1）图表示使用和未使用催化剂时反应过程和能量的对应关系．下列有关催化剂的说法不正确是
A．降低分子的能量
B．增加了活化分子数
C．提高了活化分子百分数
D．增加了单位体积内的活化分子数
（2）从反应开始到建立平衡，用H2表示的净反应平均速率（v净=v正-v逆）v（H2）=
（3）在T2℃下，将2molCO和6molH2充入2L的密闭容器中，达平衡后，测得c（CO）=0.2mol?L-1，则CO的转化率为
（4）合成气经压缩升温后进入10m3甲醇合成塔，在催化剂作用下，通过反应进行甲醇合成，T3℃下此反应的平衡常数为160．此温度下，在密闭容器中加入CO、H2，反应到某时刻测得各组分的浓度如下：
| 物质 | CO | H2 | CH3OH |
| 浓度/（mol?L-1） | 0.1 | 0.2 | 0.4 |
（5）如图3为常用笔记本电脑所用甲醇质子交换膜燃料电池的结构示意图如．电池总反应为2CH3OH+3O2?2CO2+4H2O．在电脑的使用过程中，电池的温度往往因为各种原因会升高，试判断温度升高时该反应的平衡常数K将
考点：反应热和焓变,化学电源新型电池,化学平衡建立的过程,化学平衡的影响因素
专题：基本概念与基本理论
分析：（1）使用催化剂通过改变反应的历程，降低反应的活化能，增加了活化分子数目及其百分含量而加快反应速率；
（2）依据图1写出反应的热化学方程式，依据热化学方程式计算生成0.75mol/L×2L=1.5mol乙醇放出的热量；
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；
（3）根据起始量和平衡量计算转化率，计算T2时K值，比较K1和K2判断T1和T2大小；
（4）计算此时的浓度商Qc，与平衡常数比较，判断反应进行的方向；
生产过程中，合成气要进行循环，提高原料的利用率；
（5）2CH3OH+3O2?2CO2+4H2O为放热反应，升高温度平衡向逆向移动，据此判断K变化；
依据氢离子的移动方向判断燃料电池的电极，负极发生氧化反应，正极发生还原反应．
（2）依据图1写出反应的热化学方程式，依据热化学方程式计算生成0.75mol/L×2L=1.5mol乙醇放出的热量；
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；
（3）根据起始量和平衡量计算转化率，计算T2时K值，比较K1和K2判断T1和T2大小；
（4）计算此时的浓度商Qc，与平衡常数比较，判断反应进行的方向；
生产过程中，合成气要进行循环，提高原料的利用率；
（5）2CH3OH+3O2?2CO2+4H2O为放热反应，升高温度平衡向逆向移动，据此判断K变化；
依据氢离子的移动方向判断燃料电池的电极，负极发生氧化反应，正极发生还原反应．
解答：
解：（1）使用催化剂通过改变反应的历程，降低反应的活化能，增加了活化分子数目及其百分含量而加快反应速率；
故选：A；
（2）依据图1写出反应的热化学方程式：CO（g）+2H2（g）?CH3OH（g）△H=-91KJ/mol，
依据图2可知反应达到平衡时生成乙醇1.5mol，反应热为：-91KJ/mol×1.5mol=-136.5KJ/mol，放出热量136.5KJ；
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，
所以V（CO）=
=0.075mol?L-1?min-1，反应速率之比等于化学计量数之比，所以V（H2）=2V（CO）=0.075mol?L-1?min-1×2=0.15mol?L-1?min-1，
依据方程式：
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
所以该反应的化学平衡常数K=
=12 L2?mol-2，
故答案为：0.15mol?L-1?min-1；136.5；12 （L2?mol-2）；
（3）达到平衡时测得c（CO）=0.2mol/L，则转化的CO的物质的量为2.0mol-0.2mol/L×2L=1.6mol，
所以CO的转化率为
×100%=80%，
CO（g）+2H2（g）?CH3OH（g）
起始：1mol/L 3mol/L 0
转化：0.8mol/L 1.6mol/L 0.8mol/L
平衡：0.2mol/L 1.4mol/L 0.8mol/L
则K′=
=2.041（mol/L）-2，
反应为放热反应，K＞K′，温度升高平衡向逆向移动，所以T2＞T1；
故答案为：80%；＞；
（4）由表中数据可知，10min时氢气的浓度为0.2mol/L、CO的浓度为0.1mol/L、甲醇的浓度为0.4mol/L，则此时的浓度商Qc=
=100，小于平衡常数160，故反应向正反应方向进行，故V正＞V逆；
生产过程中，合成气要进行循环，提高原料的利用率；
故答案为：＞；提高原料利用率；
（5）2CH3OH+3O2?2CO2+4H2O为放热反应，升高温度平衡向逆向移动，该反应的平衡常数K将减小，不利用电池将化学能转化为电能；
依据氢离子移向可知b电极为正极，a电极为负极，负极发生氧化反应，甲醇在b极失去电子发生氧化反应生成二氧化碳和氢离子，电极反应式为：CH3OH+H2O-6e-=CO2↑+6H+；
故答案为：减小；不利；a；CH3OH+H2O-6e-=CO2↑+6H+．
故选：A；
（2）依据图1写出反应的热化学方程式：CO（g）+2H2（g）?CH3OH（g）△H=-91KJ/mol，
依据图2可知反应达到平衡时生成乙醇1.5mol，反应热为：-91KJ/mol×1.5mol=-136.5KJ/mol，放出热量136.5KJ；
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，
所以V（CO）=
| 0.75mol/L |
| 10min |
依据方程式：
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
所以该反应的化学平衡常数K=
| 0.75mol/L |
| 0.25mol/L×(0.5mol/L)2 |
故答案为：0.15mol?L-1?min-1；136.5；12 （L2?mol-2）；
（3）达到平衡时测得c（CO）=0.2mol/L，则转化的CO的物质的量为2.0mol-0.2mol/L×2L=1.6mol，
所以CO的转化率为
| 1.6mol |
| 2.0mol |
CO（g）+2H2（g）?CH3OH（g）
起始：1mol/L 3mol/L 0
转化：0.8mol/L 1.6mol/L 0.8mol/L
平衡：0.2mol/L 1.4mol/L 0.8mol/L
则K′=
| 0.8mol/L |
| 0.2mol/L×(1.4mol/L)2 |
反应为放热反应，K＞K′，温度升高平衡向逆向移动，所以T2＞T1；
故答案为：80%；＞；
（4）由表中数据可知，10min时氢气的浓度为0.2mol/L、CO的浓度为0.1mol/L、甲醇的浓度为0.4mol/L，则此时的浓度商Qc=
| 0.4 |
| 0．22×0.1 |
生产过程中，合成气要进行循环，提高原料的利用率；
故答案为：＞；提高原料利用率；
（5）2CH3OH+3O2?2CO2+4H2O为放热反应，升高温度平衡向逆向移动，该反应的平衡常数K将减小，不利用电池将化学能转化为电能；
依据氢离子移向可知b电极为正极，a电极为负极，负极发生氧化反应，甲醇在b极失去电子发生氧化反应生成二氧化碳和氢离子，电极反应式为：CH3OH+H2O-6e-=CO2↑+6H+；
故答案为：减小；不利；a；CH3OH+H2O-6e-=CO2↑+6H+．
点评：本题涉及电化学、热化学以及化学反应速率和平衡的综合知识的考查，注意化学平衡常数的计算及其意义，题目难度中等．
练习册系列答案
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