Question

工业上一般在恒容密闭容器中可以采用以下列反应合成甲醇：CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）△H

（1）该反应的逆反应速率随时间变化的关系如图1．t₁时改变了某种条件，改变的条件可能是升高了温度、

 

、

 

（填写2项）
（2）若该反应在恒温恒压下进行，判断反应达到平衡状态的依据是

 

．
A．混合气体的平均相对分子质量不变
B.2v（H₂）（逆）=v（CO）（正）
C．容器内CO、H₂、CH₃OH的浓度之比为1：2：1
D．CH₃OH、CO、H₂的浓度都不再发生变化
E．混合气体的密度不变
（3）在一定温度下，若将4a mol H₂和2a mol CO放入2L的密闭容器中，充分反应后测得CO的转化率为50%，则该反应的平衡常数为

 

．若此时再向该容器中投入a mol CO、2a mol H₂和a mol CH₃OH，判断平衡移动的方向是

 

（“正向”“逆向”或“不移动”）
（4）N₂O₅是一种新型硝化剂，其性质和制备受到人们的关注．
①一定温度下，在恒容密闭容器中N₂O₅可发生下列反应：
2N₂O₅（g）═4NO₂（g）+O₂（g）△H＞0下表为反应在T₁温度下的部分实验数据

t/s	0	500	1000
c（N2O5）/mol?L-1	5.00	3.52	2.48

则500s内NO₂的平均生成速率为

 

．
②现以H₂、O₂、熔融盐Na₂CO₃组成的燃料电池，采用电解法制备N₂O₅，装置如图2所示，其中Y为CO₂．
写出石墨I电极上发生反应的电极反应式

 

．在电解池中生成N₂O₅的电极反应式为

 

．

Answer 1

考点：化学反应速率变化曲线及其应用,化学电源新型电池,反应速率的定量表示方法,化学平衡的影响因素,化学平衡状态的判断

专题：基本概念与基本理论

分析：（1）图象分析可知是逆反应速率增大，反应是否达到平衡不知，所以增大逆反应速率的因素均符合；
（2）可逆反应达到平衡状态时，正逆反应速率相等（同种物质）或正逆反应速率之比等于系数之比（不同物质），平衡时各种物质的物质的量、浓度等不再发生变化，由此衍生的一些物理量不变，以此分析；
（3）依据化学平衡三段式列式计算平衡浓度，结合平衡常数概念就是得到，通过计算浓度商和平衡常数比较分析判断反应进行的方向；
（4）①根据

△c

t

计算速率；
②燃料原电池中，负极上燃料失电子发生氧化反应；先根据化合价判断生成N₂O₅的电极，再根据离子的放电顺序写出电极反应式．

解答： 解：（1）图象分析可知是逆反应速率增大，反应是否达到平衡不知，所以增大逆反应速率的因素均符合，如加压、增加甲醇浓度、升高温度、使用催化剂等，
故答案为：加压；增加甲醇浓度、使用催化剂等；
（2）判断反应达到平衡状态的依据正逆反应速率相等，平衡时各种物质的物质的量、浓度等不再发生变化；
A．反应前后，混合气体的物质的量改变，气体的质量不变，反应达到平衡状态时，混合气体的相对平均分子质量不变，所以能作为判断平衡状态的依据，故A正确； 
B．当反应达到平衡状态时，v（H₂）（逆）=2v（CO）（正），故B错误； 
C．容器内CO、H₂、CH₃OH的浓度之比为1：2：1，和起始量，变化量有关，不能作为平衡的标志，故C错误；
D．反应达到平衡状态时，CH₃OH、CO、H₂的浓度都不再发生变化，所以能作为判断平衡状态的依据，故D正确；
E．混合物的质量始终不变，容器的体积不变，所以混合气体的密度始终不变，所以不能作为判断平衡状态的依据，故E错误；
故选AD；
（3）在一定温度下，若将4a mol H₂和2a mol CO放入2L的密闭容器中，充分反应后测得CO的转化率为50%，
                 CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）
起始量（mol/L）  a       2a          0
变化量（mol/L）50%×a    a           0.5a
平衡量（mol/L）0.5a      a           0.5a
则该反应的平衡常数K=

0.5a

0.5a×a2

=

1

a2

；
若此时再向该容器中投入a mol CO、2a mol H₂和a mol CH₃OH，浓度为c（CO）=

a

2

mol/L+0.5amol/L=amol/L，c（H₂）=

2a

2

mol+amol/L=2amol，c（CH₃OH）=

a

2

mol/L+0.5amol/L=amol/L，Q=

a

a×(2a)2

=

1

4a2

＜K=

1

a2

，判断平衡移动的方向是反应正向进行，
故答案为：

1

a2

；正向；
①因为△c（NO₂）=2×（5.00-3.52）mol?L^-1=2.96mol?L^-1，500s内NO₂的平均生成速率为

2.96mol?L-1

500s

=0.00592 mol?L^-1?s^-1，故答案为：0.00592 mol?L^-1?s^-1；
②燃料原电池中，负极上燃料失电子和碳酸根离子反应生成二氧化碳和水，电极反应式为H₂+CO₃^2--2e^-=CO₂+H₂O；
N₂O₅中氮元素的化合价是+5价，而硝酸中氮元素也是+5价．因此应该在左侧生成N₂O₅，即在阳极区域生成，据电极反应离子放电顺序可知：阴极发生2H⁺+2e^-=H₂↑的反应，则阳极为N₂O₄+2HNO₃-2e^-=2N₂O₅+2H⁺．
故答案为：H₂+CO₃^2--2e^-=CO₂+H₂O；N₂O₄+2HNO₃-2e^-=2N₂O₅+2H⁺．

点评：本题为拼合型，涉及化学反应速率计算、化学平衡移动与计算、平衡常数的计算与运用、原电池原理等知识点，题量大，计算量较大．