Question

13．甲醇是一种重要的化工原料，请根据以下材料回答相应的问题：
Ⅰ已知：①CO（g）+H₂O（g）?CO₂（g）+H₂（g）△H=-51kJ•mol^-1；
     ②部分物质的反应能量变化如图Ⅰ所示；
     ③利用原电池原理将CO转化为甲醇如图Ⅱ所示．

（1）写出CO₂和H₂反应生成CH₃OH（g）和H₂O（g）的热化学方程式CO₂（g）+3H₂（g）=CH₃OH（g）+H₂O（g），△H=-40kJ•mol^-1．
（2）该电池中正极的电极反应式为CO+4e^-+4H⁺=CH₃OH．
Ⅱ甲醇不完全燃烧产生的CO可利用I₂O₅来除去，其反应为5CO（g）+I₂O₅（s）?5CO₂（g）+I₂（s）．不同温度下，向装有足量I₂O₅固体的2L恒容密闭容器中通入2molCO，测得的CO₂体积分数随着时间t变化曲线如图所示．则：

（1）T₂温度时，0-0.5min的反应速率v（CO）=0.8mol•L^-1•min^-1．
（2）T₁温度时，反应达到平衡，CO的转化率为80%，化学平衡常数K=1024（用具体数值表示）．
（3）下列说法正确的是BC（填编号）．
A．容器内压强不变，表明反应达到平衡状态
B．容器内气体面密度不变，表明反应达到平衡状态
C．单位时间内，消耗amolCO，同时消耗2amolCO₂，表面反应v（正）＜v（逆）
D．两种温度下，c点时体系中混合气体的压强相等
E.5CO（g）+I₂O₅（s）?5CO₂（g）+I₂（s），该反应为吸热反应
（4）b点时温度不变，若将容器体积增大至原来的两倍，请在图中补充画出CO₂体积分数随着时间t的变化曲线．

Answer 1

分析 （1）由图可知：①CO（g）+2H₂（g）=CH₃OH（g）△H=-91kJ•mol^-1；而②CO（g）+H₂O（g）?CO₂（g）+H₂（g）△H=-51kJ•mol^-1；结合盖斯定律分析解答；
（2）该电池中正极一氧化碳发生还原反应；
（3）0到0.5min时CO₂的体积分数（即物质量分数），列式计算即可求出从反应开始至a点时的反应速率为v（CO）；
（4）根据b点时CO₂的体积分数φ（CO₂）求出CO和CO₂的平衡浓度进而求出T₁时化学平衡常数K；
（3）A．两边气体计量数相等，容器内压强始终不变；
B．容器内气体面密度不变，说明气体的质量不变；
C．单位时间内，消耗amolCO，等效于生成amolCO，同时消耗2amolCO₂，所以v（正）＜v（逆）；
D．体积一定，气体的物质的量一定，温度越高，压强越大；
E．由图T₂＞T₁，而温度越高二氧化碳的体积分数越小，所以平衡逆向移动，则5CO（g）+I₂O₅（s）?5CO₂（g）+I₂（s），该反应为放热反应；
（4）b点时，温度不变，若将容器体积增大至原来的两倍，反应前后气体体积不变，平衡不移动，CO₂体积分数不变，由此分析作图；

解答 解：由①CO（g）+2H₂（g）=CH₃OH（g）△H=-91kJ•mol^-1；而②CO（g）+H₂O（g）?CO₂（g）+H₂（g）△H=-51kJ•mol^-1；根据盖斯定律可知：CO₂（g）+3H₂（g）=CH₃OH（g）+H₂O（g），△H=①-②=-91+51=40kJ•mol^-1，故答案为：CO₂（g）+3H₂（g）=CH₃OH（g）+H₂O（g），△H=-40kJ•mol^-1；
（2）该电池中正极一氧化碳发生还原反应，电极反应式为：CO+4e^-+4H⁺=CH₃OH，故答案为：CO+4e^-+4H⁺=CH₃OH；
（3）0到0.5min时：
                   5CO（g）+I₂O₅（s）?5CO₂（g）+I₂（s）
起始量/mol    2                                  0
转化量/mol    x                                 x
a点量/mol    2-x                                 x
根据a点时CO₂的体积分数φ（CO₂）=$\frac{x}{2}$=0.40，得x=0.8mol
则从反应开始至a点时的反应速率为v（CO）=$\frac{0.8mol}{2L×0.5min}$=0.8mol•L^-1•min^-1，故答案为：0.8mol•L^-1•min^-1；
（4）T₁时：5CO（g）+I₂O₅（s）?5CO₂（g）+I₂（s）
始量/mol       2                                  0
转化量/mol    x                                 x
a点量/mol    2-x                                 x
根据b点时CO₂的体积分数φ（CO₂）=$\frac{x}{2}$=0.80，得x=1.6mol，c（CO）=0.2mol•L^-1，c（CO₂）=0.8mol•L^-1，所以一氧化碳的转化率为：
$\frac{1.6}{2}×100%$=80%，T₁时化学平衡常数K=$\frac{c（C{O}_{2}）^{5}}{c（CO）^{5}}$=$\frac{0．{8}^{5}}{0．{2}^{5}}$=1024，
故答案为：80%；1024；
（3）A．两边气体计量数相等，容器内压强始终不变，所以不能表明反应达到平衡状态，故错误；
B．容器内气体面密度不变，说明气体的质量不变，表明反应达到平衡状态，故正确；
C．单位时间内，消耗amolCO，等效于生成amolCO，同时消耗2amolCO₂，所以v（正）＜v（逆），故正确；
D．体积一定，气体的物质的量一定，温度越高，压强越大，所以压强不等，故错误；
E．由图T₂＞T₁，而温度越高二氧化碳的体积分数越小，所以平衡逆向移动，则5CO（g）+I₂O₅（s）?5CO₂（g）+I₂（s），该反应为放热反应，故错误；
故选：BC；
（4）b点时，温度不变，若将容器体积增大至原来的两倍，反应前后气体体积不变，平衡不移动，CO₂体积分数不变，所以图象为：，故答案为：．

点评 本题考查化学平衡计算与影响因素、反应速率计算、平衡常数、反应热计算等，需要学生熟练掌握基础知识并灵活应用．