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) ΔH =－49.0 kJ·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6 mol CO₂和8 mol 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1 min时H₂的物质的量是6 mol。

① a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

（16分）

（1）BC（3分，只选B或C得1分，全对得3分，凡其它有错答案不得分）

（2）① 大于（1分）     ② 升高温度 （2分）     增大压强（2分）

③（2分）

④K=0.5L2 •mol－2 （计算过程见解析）

（三段式正确得1分，平衡常数表达式1分，带单位表达式1分，计算结果含单位1分）

（3）CH3OH+8OH－—6e－=CO32－+ 6H2O（ 2分，未配平扣1分）   

【解析】

试题分析：（1）各组分变化的物质的量之比等于化学方程式中的系数之比，平衡时物质的量之比不一定等于系数之比，故A选项错误；正反应是气体物质的量减小的方向，因此从正反应开始进行时，容器内气体物质的量逐渐减小，压强逐渐减小，若压强保持不变，说明气体总的物质的量保持不变，反应已达平衡，故B选项正确；氢气是反应物，其消耗速率为v正(H2)，甲醇是生成物，其消耗速率为v逆(CH3OH)，二者之比等于化学方程式中相应的系数之比，说明反应已达平衡，故C选项正确；各组分都是气体，则容器内气体的总质量和容器的体积都保持不变，因此容器内气体的密度始终不变，不能说明反应已达平衡，故D选项错误；（2）①氢气是反应物，从正反应开始进行时，其物质的量逐渐减小，a点表示氢气的物质的量还没有达到极限，还能继续减小，说明此时反应还在向正反应方向进行，所以v正(H2)> v逆(H2)；②读图可得，曲线I先达到平衡，且平衡时氢气的物质的量比原平衡大，说明采取的条件既能增大反应速率，又能使平衡向逆反应方向移动，根据外界条件对反应速率和平衡移动的影响规律推断，只有升高温度才能得到曲线I，因为正反应是放热反应；只有增大压强才能得到曲线II，因为正反应是气体体积减小的方向；③无催化剂变为有催化剂，只能加快反应速率，缩短达到平衡的时间，不能使平衡移动，不能改变氢气起始时和平衡时的物质的量，由此可以画出加入催化剂时氢气的物质的量随反应时间变化的示意图，并作出必要的标注；④用三行数据法和定义式求平衡常数，则：

                        CO2(g)＋3H2(g) CH3OH(g)＋H2O(g)

起始浓度/mol•L－1        3        4           0         0

变化浓度/mol•L－1        1        3           1         1

平衡浓度/mol•L－1        2        1           1               1（2分）

K===0.5L2 •mol－2；

（4）强碱溶液中燃料电池负极反应式的书写可以分四步进行：首先，根据元素化合价变化情况确定负极的主要反应物和产物；其次，根据化合价升高总数确定失去电子数；第三，用氢氧根离子平衡反应物和生成物的电荷总数，使左右电荷守恒；最后，用水使左右氢、氧原子个数守恒；综上所述，甲醇碱性燃料电池负极反应式为CH3OH+8OH－—6e－==CO32－+ 6H2O。

考点：考查化学反应原理，涉及化学平衡状态的标志、化学反应进行的方向、外界条件对反应速率和平衡移动的影响图像、物质的量浓度的计算、化学平衡常数的计算、碱性燃料电池负极反应式的书写等。