Question

【題目】目前工業(yè)上有一種方法是用CO2生產(chǎn)燃料甲醇。一定條件下發(fā)生反應(yīng)：CO2（g）+3H2（g） CH3OH（g）+H2O（g），該反應(yīng)的能量變化如圖所示：

（1）你認為該反應(yīng)為____________（填放熱或吸熱）反應(yīng).

（2）恒容容器中，對于以上反應(yīng)，能加快反應(yīng)速率的是 。

a．升高溫度 b．充入He c．加入催化劑 d．降低壓強

（3）在體積為2 L的密閉容器中，充入1 mol CO2和3 mol H2，測得CO2的物質(zhì)的量隨時間變化如下表所示。

t/min	0	2	5	10	15
n（CO2）/mol	1	0.75	0.5	0.25	0.25

從反應(yīng)開始到5min末，用H2濃度變化表示的平均反應(yīng)速率v（H2）= ；反應(yīng)達到平衡狀態(tài)，此時H2的轉(zhuǎn)化率為 。

（4）在相同溫度、容積不變的條件下，能說明該反應(yīng)已達平衡狀態(tài)的是 （填序號）。

a．CO2、H2、CH3OH、H2O的濃度均不再變化

b．v生成（CH3OH）＝v消耗（CO2）

c．n（CO2）∶n（H2）∶n（CH3OH）∶n（H2O）＝1∶1∶1∶1

d．容器中混合氣體的密度保持不變

e． H2的消耗速率與CH3OH的消耗速率之比為3∶1

f．體系壓強不變

（5）以CH3OH、空氣、氫氧化鉀溶液為原料，石墨為電極可構(gòu)成然料電池，該電池中負極上的電極反應(yīng)式是：_____________________________________。

Answer 1

【答案】（1）放熱；（2）ac；（3）0.15mol·（L·min）-1，75%；（4）a、e、f；（5）CH3OH＋8OH―—6e― =CO32―＋6H2O。

【解析】

試題分析：（1）反應(yīng)物的總能量高于生成物的總能量，此反應(yīng)是放熱反應(yīng)；（2）a、升高溫度，反應(yīng)速率加快；b、恒容時，充入非反應(yīng)氣體，各組分的濃度不變，反應(yīng)速率不變；c、加入催化劑，加快反應(yīng)速率；d、降低壓強，減緩反應(yīng)速率；（3）v（CO2）=（1－0.5）/（2×5）mol/（L·min）=0.05 mol/（L·min），根據(jù)化學(xué)反應(yīng)速率之比等于系數(shù)之比，則v（H2）=3v（CO2）=3×0.05mol/（L·min）=0.15mol/（L·min），消耗的氫氣的物質(zhì)的量n（H2）=3×（1－0.25）mol=2.25mol，氫氣的轉(zhuǎn)化率=2.25/3×100%=75%；（4）a、根據(jù)化學(xué)平衡狀態(tài)的定義，各組分的濃度不再改變，說明達到平衡；b、生成甲醇和消耗CO2，反應(yīng)方向都是向正反應(yīng)方向移動的，因此不能作為達到化學(xué)平衡的標志；c、不能通過物質(zhì)的量比值，來判斷達到化學(xué)平衡的標志；d、根據(jù)密度的定義式，組分都是氣體，則氣體質(zhì)量不變，因為是恒容，容器的體積不變，因此密度不能作為達到化學(xué)平衡的標志；e、消耗氫氣和消耗甲醇反應(yīng)方向是一正一逆，且速率之比為3：1，能作為達到化學(xué)平衡的標志；f、反應(yīng)前后氣體系數(shù)之和不相等，因此當壓強不再改變，說明反應(yīng)達到平衡；（5）通燃料的一極為負極，其反應(yīng)式為：CH3OH＋8OH―—6e― =CO32―＋6H2O。