Question

5．甲醇是重要的化工原料．利用合成气（主要成分为CO、CO₂和H₂）在催化剂的作用下合成甲醇，发生的主反应如下：
①CO（g）+2H₂（g）═CH₃OH（g）△H₁=-99kJ．mol^-1，
②CO₂（g）+3H₂（g）═CH₃OH（g）+H₂O（g）△H₂=-58kJ．mol^-1
③CO₂（g）+H₂（g）═CO（g）+H₂O（g）△H₃
回答下列问题：
（1）写出CO₂的结构式O=C=O
（2）由上述数据计算出△H₃=+41kJ．mol^-1
（3）在容积为2L的密闭容器中，由CO₂和H₂合成甲醇，在其他条件不变的情况下，温度T₁、T₂对反应的影响，下列正确的是③④（填序号）
①温度为T₁时，从反应到平衡，生成甲醇的平均速率为：v（CH₃OH）=$\frac{{n}_{A}}{{t}_{A}}$ mol/（L•min）
②该反应在T₁时的平衡常数比T₂时的小
③当生成1mol甲醇的同时，生成1molCO₂，说明反应达到平衡n
④处于A点的反应体系从T₁变到T₂，达到平衡时n（H₂）与n（CH₃OH）比值增大
（4）在T₁温度时，将2molCO₂和6molH₂充入体积为2L的密闭恒容器中，充分反应达到平衡后，若CO₂转化率为50%，则容器内的压强与起始压强之比为3：4；该温度条件下，反应平衡常数为0.15（计算出结果）
（5）在直接以甲醇为燃料电池中，电解质溶液为硫酸性，负极的电极反应式为CH₃OH+H₂O-6e^-=CO₂+6H⁺．

Answer 1

分析 （1）二氧化碳中C原子和O原子间为双键；
（2）根据盖斯定律可知，将②-①可得反应③；
（3）根据图象中甲醇的变化来计算反应速率，并利用图象中时间与速率的关系来分析T₁、T₂，再利用影响平衡的因素来分析解答；
（4）根据化学平衡的三段法计算平衡时各物质的物质的量，再利用反应前后气体的物质的量之比等于压强之比来解答；K=$\frac{生成物平衡浓度}{反应物平衡浓度}$；
（5）负极上燃料甲醇失电子发生氧化反应生成二氧化碳．

解答 解：（1）二氧化碳中C原子和O原子间为双键，故二氧化碳的结构式为O=C=O，故答案为：O=C=O；
（2）已知反应：①CO（g）+2H₂（g）═CH₃OH（g）△H₁=-99kJ．mol^-1，
②CO₂（g）+3H₂（g）═CH₃OH（g）+H₂O（g）△H₂=-58kJ．mol^-1
根据盖斯定律可知，将②-①可得反应③，故△H₃=（-58kJ．mol^-1）-（-99kJ．mol^-1）=+41KJ/mol，
故答案为：+41；
（3）根据题给图象分析可知，T₂先达到平衡则T₂＞T₁，由温度升高反应速率增大可知T₂的反应速率大于T₁，又温度高时平衡状态CH₃OH的物质的量少，则说明可逆反应CO₂+3H₂?CH₃OH+H₂O向逆反应方向移动，故正反应为放热反应，则T₁时的平衡常数比T₂时的大；
①v（CH₃OH）=$\frac{{n}_{A}}{\frac{2L}{{t}_{A}}}$=$\frac{{n}_{A}}{2{t}_{A}}$mol/L•min，故①错误；
②正反应为放热反应，根据题给图象分析可知，T₂先达到平衡则T₂＞T₁，升高温度，平衡向逆反应方向移动，该反应在T₁时的平衡常数比T₂时的大，故②错误；
③当生成1mol甲醇的同时，必然消耗1mol二氧化碳，而此时再生成1molCO₂，说明反应达到平衡，故③正确；
④处于A点的反应体系从T₁变到T₂，升高温度，平衡向逆反应方向移动，达到平衡时，氢气物质的量增大、甲醇的物质的量减小，故$\frac{n（{H}_{2}）}{n（C{H}_{3}OH）}$增大，故④正确；
故答案为：③④；
（4）由化学平衡的三段模式法计算可知，容器体积为2L，
                       CO₂（g）+3H₂（g）=CH₃OH（g）+H₂O（g）
起始（mol/L）     1             3             0                    0
变化（mol/L）  1×50%        1.5          0.5                 0.5
平衡（mol/L）   0.5           1.5             0.5                0.5
根据相同条件下气体的压强之比等于物质的量之比，
则容器内的压强与起始压强之比=$\frac{0.5+1.5+0.5+0.5}{1+3}$=$\frac{3}{4}$，
平衡常数K=$\frac{0.5×0.5}{0.5×1．{5}^{3}}$=$\frac{4}{27}$=0.15
故答案为：$\frac{3}{4}$；0.15；
（5）酸性条件下，负极上燃料甲醇失电子发生氧化反应生成二氧化碳和氢离子，电极反应式为：CH₃OH+H₂O-6e^-=CO₂+6H⁺，
故答案为：CH₃OH+H₂O-6e^-=CO₂+6H⁺．

点评 本题综合性较强，考查知识点较多，注重了对高考热点的考查，学生应熟悉盖斯定律、热化学反应方程式、反应速率、化学平衡、原电池、图象分析判断等重要知识来解答，题目难度中等．