题目内容

10．甲醇是一种优质燃料，可制作燃料电池．
（1）为探究用CO2来生产燃料甲醇的反应原理，现进行如下实验：在体积为1L的密闭容器中，充入1mol CO2和3mol H2，一定条件下发生反应：
CO2（g）+3H2（g）?CH3OH（g）+H2O（g）△H=-49.0kJ•mol-1T1温度下，测得CO2和CH3OH（g）的浓度随时间变化如图．
请回答：
①从反应开始到平衡，氢气的反应速率v（H2）=0.225mol•L-1•min-1．
②能够说明该反应已达到平衡的是A（填字母序号，下同）．
A．恒温、恒容时，容器内的压强不再变化
B．恒温、恒容时，容器内混合气体的密度不再变化
C．一定条件下，CO2、和CH3OH的浓度相等
D．一定条件下，单位时间内消耗3mol H2的同时生成1mol CH3OH
③下列措施中能使平衡混合物中$\frac{n（C{H}_{3}OH）}{n（C{O}_{2}）}$增大的是D．
A．加入催化剂        B．充入He（g），使体系压强增大
C．升高温度          D．将H2O（g）从体系中分离
④求此温度（T1）下该反应的平衡常数K1=5.33（计算结果保留三位有效数字）．
⑤另在温度（T2）条件下测得平衡常数K2，已知T2＞T1，则K2＜K1（填“＞”、“=”或“＜”）．
（2）已知在常温常压下：
①2CH3OH（l）+3O2（g）═2CO2（g）+4H2O（g）△H1
②2CO（g）+O2（g）═2CO2（g）△H2
则1mol甲醇不完全燃烧生成一氧化碳和气态水时反应的△H=$\frac{△{H}_{1}-△{H}_{2}}{2}$（用含△H1、△H2的式子表示）．
（3）用甲醇在熔融的碳酸盐中也可制作成燃料电池，该燃料电池的正极通入的物质是O2、CO2（填化学式）

分析 （1）①由图可知，10min到达平衡，平衡时甲醇的浓度变化为0.75mol/L，由方程式可知氢气的浓度变化等于甲醇的浓度变化量3倍为2.25mol/L，结合v=$\frac{△c}{△t}$计算；
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；
③使平衡混合物中$\frac{n（C{H}_{3}OH）}{n（C{O}_{2}）}$增大应使平衡向正反应方向移动；
④K为生成物浓度幂之积与反应物浓度幂之积的比，结合平衡浓度计算；
⑤该反应为放热反应，升高温度，平衡逆向移动；
（2）由盖斯定律可知，①-②得到2CH3OH（l）+2O2（g）═2CO（g）+4H2O（g）；
（3）用甲醇在熔融的碳酸盐中也可制作成燃料电池，负极上甲醇失去电子，正极上氧气得到电子，且生成碳酸根离子．

解答 解：：（1）①由图可知，10min到达平衡，平衡时甲醇的浓度变化为0.75mol/L，由方程式CO2（g）+3H2（g）?CH3OH（g）+H2O可知，氢气的浓度变化等于甲醇的浓度变化量为0.75mol/L×3=2.25mol/L，氢气的反应速率v（H2）=$\frac{2.25mol/L}{10min}$=0.225 mol•L-1•min-1，
故答案为：0.225 mol•L-1•min-1；
②A．反应前后气体的体积不等，所以压强一直在变，则当压强不变时能说明达到平衡，故A正确；
B．反应前后质量不变，体积也不变，所以密度一直不变，则混合气体的密度不再变化不能说明达到平衡，故B错误；
C．CO2、CH3OH的浓度相等，不能判断是否达到平衡，与转化率、起始量有关，故C错误；
D．单位时间内消耗3molH2的同时生成1molCH3OH，都是指正反应方向，不能说明达到平衡，故D错误；
故答案为：A；
③要使$\frac{n（C{H}_{3}OH）}{n（C{O}_{2}）}$增大，应使平衡向正反应方向移动，
A．加入催化剂，平衡不移动，$\frac{n（C{H}_{3}OH）}{n（C{O}_{2}）}$不变，故A错误；
B．充入He（g），使体系压强增大，但对反应物质来说，浓度没有变化，平衡不移动，$\frac{n（C{H}_{3}OH）}{n（C{O}_{2}）}$不变，故B错误；
C．因正反应放热，升高温度平衡向逆反应方向移动，则$\frac{n（C{H}_{3}OH）}{n（C{O}_{2}）}$减小，故C错误；
D．将H2O（g）从体系中分离，平衡向正反应方法移动，$\frac{n（C{H}_{3}OH）}{n（C{O}_{2}）}$增大，故D正确；
故答案为：D；
④K为生成物浓度幂之积与反应物浓度幂之积的比，则K=$\frac{c（C{H}_{3}OH）×c（{H}_{2}O）}{c（C{O}_{2}）×{c}^{3}（{H}_{2}）}$，
        CO2（g）+3H2（g）?CH3OH（g）+H2O（g）
开始 1                3                  0               
转化  0.75           2.25            0.75            0.75
平衡  0.25          0.75             0.75            0.75
体积为1L的密闭容器，平衡浓度分别为0.25mol/L、0.75mol/L、0.75mol/L、0.75mol/L，
K=$\frac{0.75×0.75}{0.25×（0.75）^{3}}$=5.33，
故答案为：5.33；
⑤该反应为放热反应，升高温度，平衡逆向移动，T2＞T1，则K2＜K1，故答案为：＜；
（2）①2CH3OH（l）+3O2（g）═2CO2（g）+4H2O（g）△H1
②2CO（g）+O2（g）═2CO2（g）△H2
由盖斯定律可知，①-②得到2CH3OH（l）+2O2（g）═2CO（g）+4H2O（g），
则1mol甲醇不完全燃烧生成一氧化碳和气态水时反应的△H=$\frac{△{H}_{1}-△{H}_{2}}{2}$，
故答案为：$\frac{△{H}_{1}-△{H}_{2}}{2}$；
（3）用甲醇在熔融的碳酸盐中也可制作成燃料电池，负极上甲醇失去电子，正极上氧气得到电子，且生成碳酸根离子，则该燃料电池的正极通入的物质是O2、CO2，故答案为：O2、CO2．

点评 本题考查物质的量浓度随时间的变化，为高频考点，把握图中物质的量浓度变化、K的计算、平衡判定、焓变计算为解本题关键，侧重分析与应用能力的考查，综合性较强，题目难度不大．

练习册系列答案
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1．下列有关化学用语正确的是
（　　）
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