Question

（15分）二氧化碳是引起“温室效应”的主要物质，节能减排，高效利用能源，能够减少二氧化碳的排放。

（1）在一定温度下的2L固定容积的密闭容器中，通入2 molCO₂和3mol H₂，发生的反应为：CO₂(g)＋3H₂(g) ⇌ CH₃OH(g)＋H₂O(g)，△H＝－a kJ·mol^－1（a＞0）， 测得CO₂(g)和CH₃OH(g)的浓度随时间变化如图所示。

①能说明该反应已达平衡状态的是________。（选填编号）

A．CO₂的体积分数在混合气体中保持不变

B．混合气体的平均相对分子质量不随时间的变化而变化

C．单位时间内每消耗1.2mol H₂，同时生成0.4molH₂O

D．该体系中H₂O与CH₃OH的物质的量浓度之比为1:1，且保持不变

②计算该温度下此反应的平衡常数K＝_________。（保留两位有效数字）。若改变条件         （填选项），可使K＝1。

A．增大压强  

B．增大反应物浓度  

C．降低温度 

D．升高温度  

E．加入催化剂

（2）某甲醇燃料电池原理如图1所示。

①M区发生反应的电极反应式为_______________________________。

②用上述电池做电源，用图2装置电解饱和食盐水（电极均为惰性电极），则该电解的总反应离子方程式为：                                      。假设溶液体积为300mL，当溶液的pH值变为13时（在常温下测定），理论上消耗甲醇的质量为______________（忽略溶液体积变化）。

（3）有一种用CO₂生产甲醇燃料的方法：

已知：①CO₂(g)＋3H₂(g) CH₃OH(g)＋H₂O(g)   △H＝－a kJ·mol^－1；

②CH₃OH(g)＝CH₃OH(l)                   △H＝－b kJ·mol^－1；

③2H₂(g)＋O₂(g)＝2H₂O(g)                △H＝－c kJ·mol^－1；

④H₂O(g)＝H₂O(l)                      △H＝－d kJ·mol^－1，

则表示CH₃OH（l）燃烧热的热化学方程式为：_____________________________

Answer

（15分）（1）①A、B（少选得1分，错选不得分） （2分） ②0.20 （2分） C （2分）

（2）①CH3OH－6e－＋H2O＝CO2＋6H＋（2分）

②2Cl－+2H2OH2↑+Cl2↑+2 OH－（2分） 0.16g（2分）

CH3OH(l) ＋O2(g) ＝CO2(g) ＋2H2O(l) ΔH＝－（c＋2d－a－b）kJ/mol（3分）

【解析】

试题分析：（1）①A.若反应为达到平衡状态，则混合气体的物质的量就会发生变化，CO2的体积分数在混合气体中也会发生变化，若其保持不变，说明反应处于平衡状态，正确；B．该反应在反应前后气体的质量不变，而气体的物质的量发生变化，所以混合气体的平均相对分子质量不随时间的变化而变化，说明反应处于平衡状态，正确；C．在任何情况下都存在单位时间内每消耗1.2mol H2，同时生成0.4molH2O，所以不能确定反应是否处于平衡状态，错误；D．该体系中H2O与CH3OH都是生成物，它们的物质的量的比在任何情况下都是为1:1，因此不能确定反应是否处于平衡状态，错误。②根据图像既物质的开始浓度可知，在平衡时各种物质的浓度分别是：c(CO2)=0.75mol/L；c(H2)=0.75mol/L；c(CH3OH)=0.25mol/L；c(H2O)=0.25mol/L；所以在该温度下此反应的平衡常数K＝=0.20；由于高反应的正反应是放热反应，如果平衡常数变为1，则平衡应该正向移动，由于化学平衡常数只与温度有关，而与其它条件无关，所以根据平衡移动原理可知应该降低反应的温度，因此选项是C；（2）由于阳离子的沸点能力：H+>Na+，所以H+在阴极放电，常数氢气，阴离子的沸点能力：Cl->OH-,因此Cl-在阳极放电产生氯气，用惰性电极电解饱和食盐水的总反应离子方程式是2Cl－+2H2OH2↑+Cl2↑+2 OH－；n(NaOH)=0.1mol/L×0.3L=0.03mol，n(e-)=0.03mol，在整个闭合回路中电子转移的数目相等，由于1mol的甲醇反应会失去6mol的电子，所以反应消耗的甲醇的物质的量是0.03mol÷6=0.005mol,甲醇的相对分子质量是32，所以小于消耗甲醇的质量是m(CH3OH)=0.005mol×32g/mol= 0.16g；③ +④×2－①－②，整理可得热化学方程式为CH3OH(l) ＋O2(g) ＝CO2(g) ＋2H2O(l) ΔH＝－（c＋2d－a－b）kJ/mol

考点：考查化学平衡状态的判断、平衡常数的计算及影响因素、原电池电解池的反应原理及应用、热化学方程式的书写的知识。