Question

Ⅰ：工业上用CO₂和H₂在一定条件发生如下反应合成甲醇并放出大量的热：CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+、H₂O（g）△H₁ 回答下列问题．
（1）已知：2H₂（g）+O₂（g）=2H₂O（g）△H₂
则反应2CH₃OH（g）+3O₂（g）=2CO₂（g）+4H₂O（g）△H=

 

（用含△H₁、△H₂表示）
（2）若反应温度升高，CO₂的转化率

 

 （填“增大”“减小”或“不变”）．
（3）写出在酸性环境中，甲醇燃料电池中的正极反应方程式

 

Ⅱ：生产甲醇的原料H₂可用如下方法制得：CH₄（g）+H₂O（g）?CO（g）+3H₂（g），一定温度下，将2mol CH₄和4mol H₂O通入容积为10L的密闭反应室中，反应中CO的物质的量浓度的变化情况如图所示，请回答下列问题：
（4）反应进行到4分钟到达平衡．请计算从反应开始到刚刚平衡，平均反应速率v（H₂）为

 

；并求此反应在此温度下的平衡常数（在答题卡对应的方框内写出计算过程）．
（5）在第5分钟时将容器的体积瞬间缩小一半后，若在第8分钟时达到新的平衡（此时CO的浓度约为0.25mol?L^-1），请在图中画出第5分钟后H₂浓度的变化曲线．

Answer 1

考点：用盖斯定律进行有关反应热的计算,化学平衡的影响因素,化学平衡的计算

专题：化学反应中的能量变化,化学平衡专题

分析：Ⅰ（1）根据已知方程利用盖斯定律计算2CH₃OH（g）+3O₂（g）=2CO₂（g）+4H₂O（g）△H；
（2）根据温度对平衡的影响分析；
（3）甲醇燃料电池，甲醇在负极失电子发生氧化反应，氧气在正极放电，酸性条件下生成水；
Ⅱ（4）根据图示可知4min反应达到平衡，平衡时CO的浓度为0.10mol/L，先计算用CO表示的速率，根据速率关系计算用氢气表示的速率；列出平衡浓度代入平衡常数表达式计算平衡常数；
（5）在第5分钟时将容器的体积瞬间缩小一半后，若在第8分钟时达到新的平衡（此时NO的浓度约为0.25mol?L^-1），图象起点标对，拐点、平台、走势是绘制关键；先判断把容器的体积缩小一半的瞬间氢气的浓度，再结合平衡时的浓度作图．

解答： 解：Ⅰ（1）①CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+、H₂O（g）△H₁ 
②2H₂（g）+O₂（g）=2H₂O（g）△H₂
根据盖斯定律，②×3-①×2得：2CH₃OH（g）+3O₂（g）=2CO₂（g）+4H₂O（g）△H=3△H₂-2△H₁  
故答案为：3△H₂-2△H₁；
 （2）合成甲醇为放热反应，升高温度，平衡向吸热反应即逆反应方向移动，故二氧化碳的转化率减小；
故答案为：减小；
  （3）甲醇燃料电池，甲醇在负极失电子发生氧化反应，氧气在正极放电，酸性条件下生成水，正极电极反应式为：O₂+4e^-+4H⁺═2H₂O，
故答案为：O₂+4e^-+4H⁺═2H₂O；
Ⅱ（4）根据图示可知4min反应达到平衡，平衡时CO的浓度为0.10mol/L，v（CO）=

0.1mol/L

4min

=0.025mol?L^-1?min^-1，
v（H₂）=3v（CO）=0.025mol?L^-1?min^-1×3=0.075 mol?L^-1?min^-1；
                CH₄（g）+H₂O（g）?CO（g）+3H₂（g）
起始（mol?L^-1）  0.2      0.4
变化（mol?L^-1）  0.1      0.1         0.1      0.3
平衡（mol?L^-1）  0.1      0.3         0.1      0.3
K=

c(CO)．c3(H2)

c(CH4)?c(H2O)

=

0.1×0．33

0.1×0.3

=0.09   
故答案为：0.075 mol?L^-1?min^-1；0.09；
（5）把容器的体积缩小一半的瞬间CO的浓度变为0.20mol/L，氢气的浓度变为0.6mo/L，8min平衡后浓度CO浓度约为0.25mol/L，则
氢气浓度约为：0.75mol/L，第5分钟后H₂浓度的变化曲线图象为：；
故答案为：．

点评：本题考查盖斯定律的应用、电极反应式的书写及化学反应速率的计算、平衡常数的计算、影响化学平衡的因素等知识，题目难度中等，注意掌握化学平衡、化学反应速率的概念及影响因素，画图时要注意5min时氢气的浓度和8min时氢气的浓度两个关键点．