Question

工业上“固定”和利用CO₂能有效地减轻“温室’效应．有一种用CO₂生产甲醇燃料的方法：CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）△H=-49.0kJ?mol^-1
（1）在相同温度和容积不变时，能说明该反应已达平衡状态的是

 

A．n（CO₂）：n（H₂）：n（CH₃OH）：n（H₂O）=1：3：1：1
B．容器内压强保持不变
C．H₂的消耗速率与CH₃OH的消耗速率之比为3：1
D．容器内的密度保持不变
（2）一定温度时将6mol CO₂和8mol H₂充入2L的密闭容器中，测得H₂的物质的量随时间变化如图所示（实线）．图中数据a（1，6）代表的意思是：在1min时H₂的物质的量是6mol．

①a点正反应速率

 

逆反应速率（填“大于”、“等于”或“小于”）．
②仅改变某一实验条件时，测得H₂的物质的量随时间变化如图中虚线所示，曲线Ⅰ对应的实验条件改变是

 

，曲线Ⅱ对应的实验条件改变是

 

．
③在题给图中绘出加入催化剂对应的曲线．
④结合图给实线的数据，计算该温度时反应的化学平衡常数．（写出计算过程）
（3）甲醇可用以制燃料电池，常用KOH作电解质溶液，负极的电极反应式为：

 

．

Answer 1

考点：化学平衡状态的判断,电极反应和电池反应方程式,物质的量或浓度随时间的变化曲线,化学平衡的计算

专题：化学平衡专题,电化学专题

分析：（1）可逆反应达到平衡状态，一定满足正逆反应速率相等，各组分的浓度、百分含量不再变化，据此进行判断；
（2）①根据图象中氢气的物质的量变化判断反应进行的方向，然后判断正逆反应速率大小；
②曲线Ⅰ的反应速率大于原反应，达到平衡时氢气的物质的量增大，说明平衡向着逆向移动；曲线Ⅱ的反应速率大于原反应，达到平衡时氢气的物质的量减小，说明平衡向着正向移动；
③使用催化剂后，正逆反应速率都同时增大，达到平衡的反应时间减小，但达到平衡时氢气的物质的量不变，据此画出加入催化剂对应的曲线；
④根据图象中实线数据判断达到平衡状态时氢气的物质的量，计算出氢气浓度及浓度变化，利用三段式列式计算出各组分的浓度，再利用平衡常数表达式计算出该反应的平衡常数；
（3）燃料电池中，负极发生氧化反应，甲醇在反应中发生失去电子，由于是在碱性条件下，甲醇反应后生成了碳酸根离子和水，据此写出发生的电极反应．

解答： 解：（1）A．n（CO₂）：n（H₂）：n（CH₃OH）：n（H₂O）=1：3：1：1，不能判断正逆反应速率是否相等，无法判断是否达到平衡状态，故A错误；
B．该反应是体积减小的反应，容器内压强保持不变，表明正逆反应速率相等，各组分的浓度不再变化，达到了平衡状态，故B正确；
C．H₂的消耗速率与CH₃OH的消耗速率之比为3：1，表示的是正逆反应速率，且满足计量数关系，说明达到了平衡状态，故C正确；
D．容器内的密度保持不变，反应方程式两边都是气体，气体的总质量不变，容器的容积固定，所以反应过程中气体的密度始终不变，所以密度不能作为判断平衡状态的依据，故D错误；
故选BC；
（2）①根据图象可知，a到b过程中氢气的物质的量减小，说明反应向着正向移动，正反应速率大于逆反应速率，
故答案为：大于；
②由曲线Ⅰ的反应速率增大，且达到平衡时氢气的物质的量增大，平衡向着逆向移动，该反应为放热反应，说明升高了温度，正逆反应速率都增大，平衡向着逆向移动，氢气的转化率减小；
根据曲线Ⅱ的曲线可知，反应速率比原反应增大，达到平衡时氢气的物质的量减小，平衡向着正向移动，该反应是体积缩小的反应，说明增大了压强，正逆反应速率都增大，平衡性在正向移动，氢气的转化率增大，
故答案为：升高温度；增大压强；
③使用催化剂，加快了反应速率，达到平衡时需要的时间减少，但是不影响氢气的转化率，所以加入催化剂对应的曲线为：
，
故答案为：
；
④由图象可知，实线表示的曲线，在8分钟达到平衡状态，此时氢气的物质的量为2mol，氢气的浓度为：

2mol

2L

=1mol/L，氢气的浓度变化为：

8mol

2L

-1mol/L=3mol/l，反应前二氧化碳的浓度为：

6mol

2L

=3mol/L，利用化学平衡的三段式可得：
                    CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）
c（起）（mol/L ）      3       4         0          0
△c （mol/L ）         1       3         1          1
c（平）（mol/L ）      2       1         1          1
K=

c(CH3OH)?c(H2O)

c(CO2)?c3(H2)

=

(1mol/L)×(1mol/L)

(2mol/L)×(1mol/L)3

=0.5L^-2/mol^-2；

故答案为：CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）
c（起）（mol/L ）      3       4         0          0
△c （mol/L ）         1       3         1          1
c（平）（mol/L ）      2       1         1          1
K=

c(CH3OH)?c(H2O)

c(CO2)?c3(H2)

=

(1mol/L)×(1mol/L)

(2mol/L)×(1mol/L)3

=0.5L^-2/mol^-2；
（3）甲醇可用以制燃料电池，常用KOH作电解质溶液，负极甲醇失去电子生成二氧化碳，由于电解质为氢氧化钾溶液，所以反应生成了碳酸根离子，发生的负极电极反应式为：CH₃OH+8OH^--6e^-=CO₃^2-+6H₂O，
故答案为：CH₃OH+8OH^--6e^-=CO₃^2-+6H₂O．

点评：本题考查了化学平衡状态的判断、原电池电极反应式书写、化学平衡的计算等知识，题目难度较大，涉及的知识点较多，充分考查了学生对书写知识的掌握情况．