Question

12．工业上用CO生产燃料甲醇，一定条件下发生反应：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．

（1）在“图1”中，曲线b（填：a或b）表示使用了催化剂；该反应属于放热（填：吸热、放热）反应．
（2）下列说法正确的是AC
A．起始充入的CO为2mol         
B．增加CO浓度，CO的转化率增大
C．容器中压强恒定时，反应已达平衡状态
D．保持温度和密闭容器容积不变，再充入1molCO和2molH₂，再次达到平衡时$\frac{n（C{H}_{3}OH）}{n（CO）}$会减小
（3）从反应开始到建成平衡，v（H₂）=0.15mol•L^-1•min^-1；在该温度下CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）的化学平衡常数为12L²•mol^-2．若保持其它条件不变，将反应体系升温，则该反应化学平衡常数减小（填“增大”、“减小”或“不变”）．
（4）请在“图3”中画出平衡时甲醇百分含量（纵坐标）随温度（横坐标）变化的曲线，要求画压强不同的2条曲线（在曲线上标出P₁、P₂，且P₁＜P₂）．
（5）有一类甲醇质子交换膜燃料电池，工作时将甲醇转化为甲酸，该电池的负极反应式为CH₃OH-4e^-+H₂O=HCOOH+4H⁺．
（6）已知CO、H₂的燃烧热为283kJ/mol、285.8kJ/mol，写出CH₃OH（g）燃烧热的热化学方程式CH₃OH （g）+$\frac{3}{2}$O₂（g）=CO₂（g）+2H₂O （l）△H=-763.6kJ/mol．
（7）常温下，用0.1000mol•L^-1NaOH溶液滴定20.00mL0.1000mol•L^-1CH₃COOH溶液所得滴定曲线如图4，则点①所示溶液中，关于CH₃COOH、CH₃COO^-、H⁺、OH^-4种微粒的等式为：c（CH₃COOH）+2c（H⁺）=c（CH₃COO^-）+2c（OH^-）．

Answer 1

分析 （1）根据图中反应的活化能的大小来分析是否使用催化剂，利用反应前后的总能量来分析反应的能量变化；
（2）A、由图2利用转化的CO和平衡时CO的量来分析；
B、增加CO浓度，会促进氢气的转化，但本身的转化率降低；
C、该反应为反应前后压强不等的反应；
D、再充入1molCO和2molH₂，体积不变，则压强增大，平衡正向移动；
（3）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；根据温度升高，平衡逆向移动，反应物的浓度增大，生成物的浓度减少，平衡常数减小；
（4）根据温度和压强对该反应的影响来分析；
（5）甲醇质子交换膜燃料电池，工作时将甲醇转化为甲酸，负极是甲醇失电子被氧化为甲酸，结合电荷守恒和原子守恒书写电极反应；
（6）CO的燃烧热为283kJ/mol，则CO的与氧气反应的热化学方程式为
CO（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）═CO₂（g）；△H=-283kJ/mol①
H₂的燃烧热为285.8kJ/mol，则H₂与氧气反应的热化学方程式为H₂（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）═H₂O（l）；△H=-285.8kJ/mol②
由图1可知，CO与H₂反应可制得甲醇的热化学方程式为：CO（g）+2H₂（g）═CH₃OH（l）；△H=-91kJ/mol③
根据盖斯定律，则CH₃OH燃烧热的热化学方程式由①+②×2-③可得；
（7）点①所示溶液中，为等浓度的醋酸和醋酸钠溶液，醋酸的电离程度大于醋酸根离子的水解，溶液显示酸性．

解答 解：（1）由图可知，曲线b降低了反应所需的活化能，则b使用了催化剂，又该反应中反应物的总能量大于生成物的总能量，则该反应为放热反应，
故答案为：b；放热；
（2）A、由图2可知生成0.75mol/LCH₃OH，则反应了0.75mol/LCO，平衡时有0.25mol/LCO，即CO的起始物质的量为（0.75mol/l+0.25mol/L）×2L=2mol，故A正确；
B、增加CO浓度，会促进氢气的转化，氢气的转化率增大，但CO的转化率减小，故B错误；
C、该反应为反应前后压强不等的反应，则压强不变时，该反应达到平衡状态，故C正确；
D、再充入1molCO和2molH₂，体积不变，则压强增大，平衡正向移动，再次达到平衡时n（CH₃OH）/n（CO）会增大，故D错误；
故答案为：AC；
（3）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，
则用CO表示的化学反应速率为$\frac{0.75mol/L}{10min}$=0.075mol•L^-1•min^-1，
因反应速率之比等于化学计量数之比，则v（H₂）=0.075mol•L^-1•min^-1×2=0.15mol•L^-1•min^-1；
                        CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）
开始（mol/L） 1               2                 0
转化（mol/L） 0.75         1.5              0.75
平衡（mol/L） 0.25         0.5              0.75
则化学平衡常数K═$\frac{0.75}{0.25×0．{5}^{2}}$L²•mol^-2=12L²•mol^-2；
因温度升高，平衡逆向移动，反应物的浓度增大，生成物的浓度减少，平衡常数减小；
故答案为：0.15mol•L^-1•min^-1；12L²•mol^-2； 减小；
（4）CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）△H＜0，
则温度越高，逆向反应进行的程度越大，甲醇的含量就越低，
压强增大，反应正向进行的程度大，则甲醇的含量高，则图象为
，故答案为：；

（5）甲醇质子交换膜燃料电池，工作时将甲醇转化为甲酸，负极是甲醇失电子被氧化为甲酸，电极反应为：CH₃OH-4e^-+H₂O=HCOOH+4H⁺，
故答案为：CH₃OH-4e^-+H₂O=HCOOH+4H⁺；
（6）CO的燃烧热为283kJ/mol，则CO的与氧气反应的热化学方程式为
CO（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）═CO₂（g）；△H=-283kJ/mol①
H₂的燃烧热为285.8kJ/mol，则H₂与氧气反应的热化学方程式为H₂（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）═H₂O（l）；△H=-285.8kJ/mol②
由图1可知，CO与H₂反应可制得甲醇的热化学方程式为：CO（g）+2H₂（g）═CH₃OH（l）；△H=-91kJ/mol③
根据盖斯定律，则CH₃OH燃烧热的热化学方程式由①+②×2-③可得：
CH₃OH（l）+$\frac{3}{2}$O₂（g）=CO₂（g）+2H₂O（l）；△H=-763.6kJ/mol，
故答案为：CH₃OH （g）+$\frac{3}{2}$O₂（g）=CO₂（g）+2H₂O （l）△H=-763.6kJ/mol；
（7）点①所示溶液中，为等浓度的醋酸和醋酸钠溶液由电荷守恒可知：c（CH₃COO^-）+c（OH^-）=c（Na⁺）+c（H⁺），点①反应后溶液是CH₃COONa与CH₃COOH物质的量之比为1：1的混合物，所以c（CH₃COO^-）+c（CH₃COOH）=2c（Na⁺），计算得到：c（CH₃COOH）+2c（H⁺）=c（CH₃COO^-）+2c（OH^-），
故答案为：c（CH₃COOH）+2c（H⁺）=c（CH₃COO^-）+2c（OH^-）．

点评 本题考查化学反应速率、化学平衡及能量变化，学生应注意图象的利用来分析解决问题，图象中的信息是解答本题的关键，反应热与焓变，注意盖斯定律应用，为高频考点，题目难度中等．