Question

隨著人類對溫室效應和資源短缺等問題的重視，降低大氣中CO₂的含量及有效地開發(fā)利用CO₂，引起了各國的普遍重視．目前有一種方法是用CO₂來生產燃料甲醇CH₃OH．在體積不變的5L密閉容器中，充入一定量的CO₂和 H₂，一定條件下發(fā)生反應：CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）；（正反應為放熱反應）經過10min反應達到平衡，測得物質的濃度如下表所示．

物   質	CO2	H2	CH3OH（g）	H2O（g）
起始濃度（mol/L）	1.0	3.0	0	0
10min末濃度（mol/L）			0.75	0.75

（1）請在上表的空格中填入數(shù)據，補充完整．
（2）從反應開始到平衡，H₂的平均反應速率v（H₂）=

 

mol/（L?min）．CO₂的轉化率

 

（填“大于”、“等于”、“小于”）H₂的轉化率．
（3）能說明該反應達到化學平衡的標志是

 

．
A．生成CH₃OH（g）的速率等于消耗CO₂的速率
B．單位時間內生成n mol H₂O（g），同時生成3n mol H₂
C．容器中的壓強不隨時間而變化
D．容器中混合氣體的密度不隨時間而變化
（4）恒溫下該反應速率隨反應時間變化的示意圖，由平衡態(tài)Ⅰ到平衡態(tài)Ⅱ改變的條件是

 

A．升高溫度     B．增加H₂濃度     C．充入氬氣    D．減小壓強
（5）科技工作者利用甲醇開發(fā)了一種以熔融K₂CO₃為介質的甲醇燃料電池，寫出該電池的電極反應式：正極

 

；負極

 

．

Answer 1

考點：化學平衡狀態(tài)的判斷,化學電源新型電池,化學平衡的影響因素

專題：基本概念與基本理論

分析：（1）根據反應前加入的濃度和生成物的濃度求算；
（2）據v=

△c

△t

求算，轉化率α=

n(轉化)

n(加入)

，注意和化學計量數(shù)的關系；
（3）平衡狀態(tài)的判斷注意二個因素：正逆反應速率相等和各組分的濃度不變，衍生出來的其他物理量不變．
（4）影響速率的因素結合影響平衡移動的因素綜合考慮；
（5）燃料電池電極反應式書寫時，注意負極發(fā)生氧化反應，正極發(fā)生還原反應，還要看電解質溶液的成分，本題，電解質是熔融K₂CO₃，應該有二氧化碳參與，氧氣得電子后生成碳酸根離子，據此分析．

解答： 解：（1）反應前CO₂的濃度為1.0mol/L，H₂的濃度為3.0mol/L，平衡后，生成物CH₃OH（g）和H₂O（g）的濃度為0.75mol/L，結合其反應的化學計量數(shù)可知，CO₂的反應濃度為0.75mol/L，H₂的反應濃度為3×0.75mol/L=2.25mol/L，所以其平衡濃度分別為：0.25mol/L和0.75mol/L；
（2）H₂的反應濃度為3×0.75mol/L=2.25mol/L，所以，反應速率為：v（H₂）=

2.25mol?L-1

10min

=0.225mol/（L?min）；反應前CO₂的濃度為1.0mol/L，H₂的濃度為3.0mol/L，二氧化碳與氫氣的濃度之比等于其化學計量數(shù)之比，反應速率之比等于化學計量數(shù)之比，所以，二氧化碳和氫氣的轉化率相等，故答案為：0.225；等于；
（3）A、生成CH₃OH（g）和消耗CO₂都是反應向正向進行，不能表現(xiàn)正逆反應速率相等，故A錯誤；
B、生成n mol H₂O（g），同時生成3n mol H₂，正逆反應速率相等，故B正確；
C、反應前后氣體體積有所變化，所以壓強不變時反應達到平衡狀態(tài)，故C正確；
D、恒容容器，反應物和生成物都是氣體，氣體質量不變，故密度永遠不變，故D錯誤．
故選：BC．
（4）反應是正反應氣體體積減小的放熱反應，從圖象分析，反應正向移動且速率比原來增大，
A、升溫時平衡逆向移動，故A錯誤；
B、增大反應物濃度，平衡正向移動，反應速率加快，故B正確；
C、體積不變充入氬氣，對反應速率和平衡都無影響，故C錯誤；
D、減小壓強，反應速率減慢，故D錯誤，
故選：B．
（5）燃料電池中甲醇在負極發(fā)生氧化反應，氧氣在正極發(fā)生還原反應，注意電解質為熔融K₂CO₃，所以正極反應式為：

3

2

O₂+6e-+3CO₂=3CO₃^2-，
負極反應式為：CH₃OH-6e-+3CO₃^2-=3CO₂+2H₂O，故答案為：

3

2

O₂+6e-+3CO₂=3CO₃^2-；CH₃OH-6e-+3CO₃^2-=3CO₂+2H₂O．

點評：本題主要考查化學反應速率和化學平衡狀態(tài)及化學平衡的移動，同時考查了燃料電池中電極反應是的書寫，注意綜合分析影響化學反應速率和影響平衡移動的因素．