Question

工业上一般在恒容密闭容器中可以采用下列反应合成甲醇：CO（g）+2H₂（g）⇌CH₃OH（g）△H
（1）判断反应达到平衡状态的依据是______（填序号）．
a． 生成CH₃OH的速率与消耗CO的速率相等
b． 混合气体的密度不变
c． 混合气体的总物质的量不变
d． CH₃OH、CO、H₂的浓度都不再发生变化
（2）CO在不同温度下的平衡转化率与压强的关系如图1

①该反应△H______0（填“＞”或“＜”）．
②实际生产条件控制在250℃、1.3×10⁴ kPa左右，选择此压强的理由是______．
（3）右图2表示在温度分别为T₁、T₂时，平衡体系中H₂的体积分数随压强变化曲线，A、C两点的反应速率A______C（填“＞”、“=”或“＜”，下同），A、C两点的化学平衡常数A______C，由状态B到状态A，可采用______的方法（填“升温”或“降温”）．
（4）一定条件下，0.5mol甲醇蒸气完全燃烧生成二氧化碳气体和液态水，放出Q KJ的热量．写出该反应的热化学方程式______．
（5）图3是甲醇燃料电池（电解质溶液为KOH溶液）结构示意图，写出 a处电极上发生的电极反应式______．

Answer

（1）a、都是正反应速率；
b、恒容密闭容器，反应前后都是气体，密度始终不变；
c、反应前后化学计量数之和不相等，物质的量不变，达到平衡状态；
d、浓度不变，正逆反应速率相等；
（2）①根据图示，温度升高，CO转化率降低，平衡向逆向移动；
②在1.3×104Kpa下，CO转化率已较高，再增大压强CO转化率提高不大，而生产成本增加，得不偿失；
（3）A、C两点温度一样，压强C点大于A点，故反应速率A＜C；A、C两点的温度一样，故化学平衡常数不变；状态B到状态A，H2的体积分数增大，使平衡向逆向移动；
（4）2mol甲醇放出4Q热量，热化学方程式为：2CH3OH（g）+3O2（g）=2CO2（g）+4H2O（l）△H=-4Q kJ/mol；
（5）甲醇燃料电池，氢氧化钾为电解质溶液，根据电子流动方向，a为阳极，电解反应为：CH3OH-6e-+8OH-=CO32-+6H2O．
【解析】
（1）a、生成CH3OH的速率与消耗CO的速率都是正反应速率，无法判断是否达到平衡状态，故a错误；
b、热情容积固定，气体的体积不变，故气体的密度变化变化，故b错误；
c、反应前后都是气体，化学计量数之和不相等，故混合气体的总物质的量不变，可以判断达到了平衡状态，故c正确；
d、反应物和生成物的浓度不变，生成速率等于消耗速率，正逆反应速率相等，达到了平衡状态，故d正确；
故选cd．
（2）①根据图1，压强相等情况下，升高温度，CO转化率降低，说明反应为放热，＜0；
故答案为：＜；
②、由于在1.3×104Kpa下，CO转化率已经较高，若再增大压强，CO转化率提高不大，反而造成生产成本增加，得不偿失；
故答案为：在1.3×104Kpa下，CO转化率已较高，再增大压强CO转化率提高不大，而生产成本增加，得不偿失．
（3）根据图2，A、C两点温度相同，C点的压强大于A点，故反应速率：A＜C；由于温度相同，故A、C的化学平衡常数相等；B点氢气的含量小于A点的，反应放热，若要提高氢气的含量，必须升高温度；
故答案为：＜，=，升温；
（4）2mol甲醇燃烧放出的热量为4Q，故甲醇燃烧的热化学方程式为：2CH3OH（g）+3O2（g）=2CO2（g）+4H2O（l）△H=-4Q kJ/mol；
故答案为：2CH3OH（g）+3O2（g）=2CO2（g）+4H2O（l）△H=-4Q kJ/mol；
（5）图3中，甲醇燃料电池，电解质溶液为KOH溶液，再根据电子流动方向，a为阳极，发生氧化反应，反应离子方程式：CH3OH-6e-+8OH-=CO32-+6H2O；
故答案为：CH3OH-6e-+8OH-=CO32-+6H2O．