Question

工业上用CO生产燃料甲醇．一定条件下发生反应：CO（g）+2H₂（g）═CH₃OH（g）．图1表示反应中能量的变化；图2表示一定温度下，在体积为2L的密闭容器中加入4mol H₂和一定量的CO后，CO和CH₃OH（g）的浓度随时间变化．

请回答下列问题：
（1）在“图1”中，曲线

 

（填：a或b）表示使用了催化剂；该反应属于

 

（填：吸热、放热）反应．
（2）下列说法正确的是

 

A．该反应的反应热为：△H=91kJ?mol^-1
B．起始充入的CO为2mol
C．容器中压强恒定时，反应已达平衡状态    
D．增加CO浓度，CO的转化率增大
E．保持温度和密闭容器容积不变，再充入1molCO和2molH₂，再次达到平衡时n（CH₃OH）/n（CO）会减小
（3）从反应开始到建成平衡，v（H₂）=

 

；请在“图3”中画出甲醇百分含量随温度T变化的P₂曲线，且P₁＜P₂．
（4）以甲醇、空气为主要原料，KOH溶液为电解质溶液，铂为电极构成燃料电池．则该电池中负极上的电极反应式为

 

．
（5）已知在常温常压下：
①H₂O（g）=H₂O（l）△H₁=-44.0kJ/mol
②2CO （g）+O₂（g）=2CO₂（g）△H₂=-566.0kJ/mol
③2CH₃OH（l）+3O₂（g）=2CO₂（g）+4H₂O（g）△H₃=-1275.6kJ/mol
则甲醇不完全燃烧生成一氧化碳和液态水的热化学方程式为

 

．

Answer 1

分析：（1）根据图中反应的活化能的大小来分析是否使用催化剂，利用反应前后的总能量来分析反应的能量变化；
（2）a、利用反应前后的能量来分析；b、利用转化的CO和平衡时CO的量来分析；c、该反应为反应前后压强不等的反应；d、增加CO浓度，会促进氢气的转化；e、再充入1molCO和2molH₂，体积不变，则压强增大，平衡正向移动；
（3）由图2计算用CO表示的反应速率，再利用反应速率之比等于化学计量数之比来计算氢气的反应速率；根据温度和压强对该反应的影响来分析；
（4）甲醇燃料碱性电池中，负极上甲醇失电子发生氧化反应；
（5）根据盖斯定律计算．

解答：解：（1）由图可知，曲线b降低了反应所需的活化能，则b使用了催化剂，又该反应中反应物的总能量大于生成物的总能量，则该反应为放热反应，
故答案为：b；放热；
（2）A．由图可知CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）△H=419KJ/mol-510KJ/mol═-91kJ?mol^-1，故A错误；
B．由图2可知生成0.75mol/LCH₃OH，则反应了0.75mol/LCO，平衡时有0.25mol/LCO，即CO的起始物质的量为（0.75mol/l+0.25mol/L）×2L=2mol，故B正确；
C．该反应为反应前后压强不等的反应，则压强不变时，该反应达到平衡状态，故C正确；
D．增加CO浓度，会促进氢气的转化，氢气的转化率增大，但CO的转化率减小，故D错误；
E．再充入1molCO和2molH₂，体积不变，则压强增大，平衡正向移动，再次达到平衡时n（CH₃OH）/n（CO）会增大，故E错误；
故答案为：BC；
（3）由图2可知，反应中减小的CO的浓度为1mol/L-0.25mol/L=0.75mol/L，10min时达到平衡，
则用CO表示的化学反应速率为

0.75mol/L

10min

=0.075mol?L^-1?min^-1，
因反应速率之比等于化学计量数之比，则v（H₂）=0.075mol?L^-1?min^-1×2=0.15mol?L^-1?min^-1，
CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）△H＜0，则温度越高，逆向反应进行的程度越大，甲醇的含量就越低，
压强增大，反应正向进行的程度大，则甲醇的含量高，甲醇百分含量随温度T变化如图为，
故答案为：0.15mol?L^-1?min^-1；；
（4）甲醇燃料碱性电池中，负极上甲醇失电子和氢氧根离子反应生成碳酸根离子和水，电极反应式为：CH₃OH+8OH^--6e^-=CO₃^2-+6H₂O，
故答案为：CH₃OH+8OH^--6e^-=CO₃^2-+6H₂O；
（5）①H₂O（g）=H₂O（l）△H₁=-44.0kJ/mol
②2CO （g）+O₂（g）=2CO₂（g）△H₂=-566.0kJ/mol
③2CH₃OH（l）+3O₂（g）=2CO₂（g）+4H₂O（g）△H₃=-1275.6kJ/mol
将方程式

③-②

2

+①得CH₃OH（l）+O₂（g）=CO（g）+2H₂O（l）△H=-442.8 kJ/mol，
故答案为：CH₃OH（l）+O₂（g）=CO（g）+2H₂O（l）△H=-442.8 kJ/mol．

点评：本题考查了化学平衡移动原理、盖斯定律、原电池原理等知识点，明确这几个原理含义是解本题关键，难点是化学平衡移动的有关计算、判断，且这些都是高考热点，应熟练掌握，难度中等．