Question

（16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 mol CO₂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______     __。

A．CO₂的体积分数在混合气体中保持不变         

B．混合气体的密度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．反应中H₂O与CH₃OH的物质的量浓度之比为1:1，且保持不变。

②下列措施中能使增大的是________（选填编号）。

A．升高温度      

B．恒温恒容下充入He(g)

C．将H₂O(g)从体系中分离   

D．恒温恒容再充入2 mol CO₂和3 mol H₂

③计算该温度下此反应的平衡常数K＝__________。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下图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，用上图2装置电解饱和食盐水（电极均为惰性电极），则该电解反应的总反应的离子方程式为________________________。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）。

Answer

（1）①A (2分) ②CD（2分） ③0.20或（2分） C (2分)

（2）①CH3OH－6e－＋H2O＝CO2＋6H＋ （3分）

②2Cl－+2H2OH2↑+Cl2↑+2 OH－（3分） 0.16g（2分）

【解析】

试题分析：（1）①在一定条件下，当可逆反应的正反应速率和逆反应速率相等时（但不为0），反应体系中各种物质的浓度或含量不再发生变化的状态，称为化学平衡状态。A．CO2的体积分数在混合气体中保持不变，说明反应达到平衡状态，A正确；B．密度是混合气的质量和容器容积的比值，在反应过程中质量和容积始终是不变的，即密度始终是不变，则混合气体的密度不随时间的变化而变化不能说明反应达到平衡状态，B错误；C．单位时间内每消耗1.2mol H2，同时生成0.4molH2O均表示正反应速率，不能说明反应达到平衡状态，C错误；D．水和甲醇均是生成物，则根据方程式可知反应中H2O与CH3OH的物质的量浓度之比始终是1:1，且保持不变，因此不能说明达到平衡状态，D错误，答案选A。

②下列措施中能使 增大的是________（选填编号）。

A．正反应放热，则升高温度平衡向逆反应方向移动，减小，A错误；B．恒温恒容下充入He(g)平衡不移动，比值不变，B错误；C．将H2O(g)从体系中分离导致平衡向正反应方向进行，因此比值增大，C正确；D．恒温恒容再充入2 mol CO2和3 mol H2，相当于增大压强，平衡向正反应方向进行，比值增大，D正确，答案选CD。

③根据图像可知平衡时甲醇是0.25mol/L，CO是0.75mol/L，根据方程式可知水蒸气是0.25mol/L，消耗氢气是0.75mol/L，则平衡时氢气浓度是1.5mol/L—0.75mol/L＝0.75mol/L，所以根据化学平衡常数是在一定条件下，当可逆反应达到平衡状态时，生成物浓度的幂之积和反应物浓度的幂之积的比值可知该温度下此反应的平衡常数K＝。若改变条件可使K＝1，这说明平衡应该向正反应方向进行。由于平衡常数只与温度有关系，正反应放热，则可改变的措施为降低温度，答案选C。

（2）①氢离子向右侧移动可判断右侧是原电池的正极，左侧是负极，即M区应该通入甲醇，则发生反应的电极反应式为CH3OH－6e－＋H2O＝CO2＋6H＋。

②电解饱和食盐水反应的总反应的离子方程式为2Cl－+2H2OH2↑+Cl2↑+2 OH－。 假设溶液体积为300mL，当溶液的pH值变为13时（在常温下测定），说明反应中产生氢氧根的物质的量是0.3L×0.1mol/L＝0.03mol，因此转移0.03mol电子。根据甲醇的电极反应式可知消耗甲醇是0.03mol÷6＝0.005mol，因此理论上消耗甲醇的质量为32g/mol×0.005mol＝0.16g。

考点：考查外界条件对平衡状态的影响、判断、计算及电化学原理的应用