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.

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