Question

14．甲醇是重要的化工原料，又是一种可再生能源，具有广泛的开发和应用前景．
（1）已知反应CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）△H=-99kJ．mol^-1中的相关化学键键能如下：

化学键	H-H	C-O	C≡C	H-O	C-H
E/（KJ．mol-1）	436	343	x	465	413

则x=1076．
（2）在一容积可变的密闭容器中，1molCO与2molH₂发生反应：CO（g）+2H₂（g） $\stackrel{催化剂}{?}$  CH₃OH（g）△H₁＜0，CO在不同温度下的平衡转化率（α）与压强的关系如右图所示．
 ①a、b两点的反应速率：v（a）＜v（b）（填“＞”、“＜”、“=”）
 ②T₁＜T₂ （填“＞”、“＜”、“=”），原因是该反应是放热反应，温度升高，平衡逆向移动，CO的平衡转化率减小，故T_l＜T₂．
③在c点条件下，下列叙述能说明上述反应能达到化学平衡状态的是bc（填代号）
a．H₂的消耗速率是CH₃OH生成速率的2倍
b．CH₃OH的体积分数不再改变
c．混合气体的密度不再改变
d．CO和CH₃OH的物质的量之和保持不变
 ④计算图中a点的平衡常数K_P=1.6×10^-7（用平衡分压代替平衡浓度计算，分压=总压×物质的量分数）．
（3）以甲醇为燃料，氧气为氧化剂，KOH溶液为电解质溶液，可制成燃料电池（电极材料为惰性电极）．若电解质溶液中KOH的物质的量为0.8mol，当有0.5mol甲醇参与反应时，电解质溶液中各种离子的物质的量浓度由大到小的顺序是c（K⁺）＞c（CO₃^2-）＞c（HCO₃^-）＞c（OH^-）＞c（H⁺）．

Answer 1

分析 （1）焓变=反应物总键能-生成物总键能；
（2）①a、b两点温度相同，压强不同，压强越大反应速率越大；
②该反应的正反应是放热反应，升高温度CO转化率降低；
③可逆反应达到平衡状态时，正逆反应速率相等，反应体系中各物质的物质的量、物质的量浓度、百分含量以及由此引起的一系列物理量不变；
④a点的一氧化碳转化率为50%，总压为0.5MPa，
               CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）
起始量（mol）    1      2          0
变化量（mol）   x       2x         x
平衡量（mol）  1-x     2-2x        x
而一氧化碳转化率为50%，所以x=0.5mol，分压=总压×物质的量分数；
（3）当有0.5mol甲醇参与反应时，产生的二氧化碳是0.5mol，和0.8mol氢氧化钾反应，根据元素守恒可以计算n （K₂CO₃）=0.3mol，n （KHCO₃）=0.2mol，据此确定离子浓度的大小顺序．

解答 解：（1）反应热=反应物的总键能-生成物的总键能，则△H=2×436+x-343-413×3-465=-99，解得x=1076；
故答案为：1076；
（2）①压强越大反应速率越快，所以a、b两点的反应速率：v（a）＜v（b）；
故答案为：＜；
②该反应是放热反应，温度升高，平衡逆向移动，CO的平衡转化率减小，故T_l＜T₂；
故答案为：＜；该反应是放热反应，温度升高，平衡逆向移动，CO的平衡转化率减小，故T_l＜T₂；
③a．H₂的消耗速率是CH₃OH生成速率的2倍均为正反应速率，不能说正逆反应速率相等，故a错误；     
b．CH₃OH的体积分数随着反应的进行增大，不再改变时化学平衡，故b正确；
c．混合气体的总质量不变，容器可变，则混合气体的体积减小，密度增大，不再改变时化学平衡，故c正确；                
d．CO和CH₃OH的物质的量之和保持不变，不能说明化学平衡，故d错误；
故答案为：bc；
④a点的一氧化碳转化率为50%，总压为0.5MPa，
               CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）
起始量（mol）    1      2          0
变化量（mol）   x       2x         x
平衡量（mol）  1-x     2-2x        x
而一氧化碳转化率为50%，所以x=0.5mol，
Kp=$\frac{\frac{0.5}{2}×0.5}{\frac{0.5}{2}×0.5×（\frac{1}{2}×0.5）^{2}}$=1.6×10^-7；
故答案为：1.6×10^-7；
（3）当有0.5mol甲醇参与反应时，产生的二氧化碳是0.5mol，和0.8mol氢氧化钾反应，设n （K₂CO₃）=xmol，n （KHCO₃）=ymol，根据C、K原子守恒得$\left\{\begin{array}{l}{x+y=0.5}\\{2x+y=0.8}\end{array}\right.$，解得$\left\{\begin{array}{l}{x=0.3}\\{y=0.2}\end{array}\right.$，
即n （K₂CO₃）=0.3mol，n （KHCO₃）=0.2mol，二者的水溶液均为碱性，且碳酸根离子水解程度大于碳酸氢根离子，但其水解程度都较小，所以c（K⁺）＞c（CO₃^2-）＞c（HCO₃^-）＞c（OH^-）＞c（H⁺），
故答案为：c（K⁺）＞c（CO₃^2-）＞c（HCO₃^-）＞c（OH^-）＞c（H⁺）．

点评 本题考查电解原理、化学平衡计算、化学平衡状态判断等知识点，为高频考点，侧重考查学生分析、判断及计算能力，明确化学平衡状态判断方法、外界条件对化学平衡移动影响、盐类水解等知识点是解本题关键，难点是（3）题计算．