Question

18．CO₂是引起“温室效应”的主要物质，节能减排，高效利用化石能源，控制CO₂排放，探索CO的循环利用是保护环境，促进经济科持续发展的重要举措．
（1）在一定温度下，向2L固定容积的密闭容器中通入2mol CO₂，3mol H₂，发生反应为：CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）△H=-490KI/mol
测得CO₂（g）和CH₃OH（g）的浓度随时间变化如图1所示．

①能说明该反应已达到平衡状态的是A
A．CO₂（g）体积分数在混合气体中保持不变
B．单位时间内有1.2mol H-H断裂，同时有0.8mol O-H键生成
C．混合气体的密度不随时间变化
D．当体系中c（H₂O）：c（CH₃OH）=l：l，且保持不变
②下列措施能使$\frac{n（C{H}_{3}OH）}{n（C{O}_{2}）}$增大的是CD
A．升高温度   B．恒温恒容充入Hc（g）   C．使H₂O（g）变成H₂O（l）
D．恒温恒容下，再充入2mol CO₂，3mol H₂
③计算该温度下此反应的平衡常数K=0.2；若使K=1应采取的措施是D
A．增大压强B．恒压加入一定量H₂C．恒容通入CO₂D．降低温度E．升高温度
（2）如图2所示：用某甲醇燃料电池作电源电解饱和食盐水．
①写出电极N发生的反应式：O₂+4e^-+4H⁺=2H₂O
②若食盐水体积为300Ml，电解过程溶液体积变化忽略不计，常温下测得PH=13时，理论上消耗甲醇质量为0.16g．

Answer 1

分析 （1）①化学反应达到化学平衡状态时，正逆反应速率相等，且不等于0，各物质的浓度不再发生变化，由此衍生的一些物理量不发生变化，以此进行判断；
②使$\frac{n（C{H}_{3}OH）}{n（C{O}_{2}）}$增大，则根据反应，平衡向正反应方向移动即可；
③根据图象数据结合平衡常数K的计算公式进行计算，根据K仅与温度有关及反应为放热来判断改变条件；
（2）①首先根据氢离子的移动方向来确定正负极，然后根据原电池原理，最后书写电极反应式；
②整个电路中转移电子的数目相等，可以根据电子转移的数目相同来列出已知物质和未知物质之间关系式，然后通过关系来求解．

解答 解：（1）①A．CO₂的体积分数在混合气体中保持不变，则能说明达到平衡状态，故A正确；
B．单位时间内有1.2mol H-H断裂，同时有0.8mol O-H键生成，不能体现正逆反应，故不能说明达到平衡状态，故B错误；
C．密度=$\frac{m}{V}$，总质量一定，体积一定，故密度一定，故混合气体的密度不再发生改变不能说明达到平衡状态，故C错误；
D．H₂O与CH₃OH都是产物，并且按照1：1的比例生成，所以H₂O与CH₃OH的物质的量浓度之比一直为1：1，不能说明达到平衡状态，故D错误；
故选A；
②要使$\frac{n（C{H}_{3}OH）}{n（C{O}_{2}）}$增大，
A．升高温度，平衡逆向移动，所以$\frac{n（C{H}_{3}OH）}{n（C{O}_{2}）}$减小，故A错误；
B．恒温恒容下充入He（g），平衡不移动，所以$\frac{n（C{H}_{3}OH）}{n（C{O}_{2}）}$不变，故B错误；
C．将H₂O（g）从体系中分离，平衡正向移动，所以$\frac{n（C{H}_{3}OH）}{n（C{O}_{2}）}$增大，故C正确；
D．恒温恒容再充入2mol CO₂和3mol H₂，等效于开始加入4molCO₂和6molH₂，压强增大，平衡正向移动，所以$\frac{n（C{H}_{3}OH）}{n（C{O}_{2}）}$增大，故D正确；
故选：CD；
③由图象数据CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）得
开始浓度：1       1.5           0        0
转化浓度：0.25     0.75         0.25    0.25 
平衡浓度：0.75     0.75         0.25    0.25 
所以K=$\frac{0.25×0.25}{0.75×0.7{5}^{3}}$=0.20，则要使K=1，又反应放热所以降低温度使平衡向正反应方向移动，故答案为：0.20；D；
（2）①N区是质子流入的一极，应是原电池的正极，发生还原反应，电极反应式为O₂+4e^-+4H⁺=2H₂O，故答案为：O₂+4e^-+4H⁺=2H₂O；
②用惰性电极，电解饱和食盐水总的电极反应式为2Cl^-+2H₂O$\frac{\underline{\;电解\;}}{\;}$ H₂↑+Cl₂↑+2OH^-，pH值变为13时，pOH=1，C（OH^-）=10^-1mol/L，n（OH^-）=10^-1mol/L×300mL×10^-3L/mL=0.03mol，由方程式CH₃OH-6e^-+H₂O=CO₂+6H⁺，2Cl^-+2H₂O$\frac{\underline{\;电解\;}}{\;}$ H₂↑+Cl₂↑+2OH^-，
可知  CH₃OH～6e^-～6OH^-
       32g        6mol
      m（CH₃OH）  0.03mol
则m（CH₃OH）=32g×0.03mol×$\frac{1}{6}$mol=0.16g，
故答案为：0.16．

点评 本题考查了化学平衡的有关知识，电极反应式的书写等，综合性强，但难度不大，注意三段式应用和得失电子守恒原理．