Question

CO在工农业生产中有着重要的应用。

（1）CO是制备很多有机物（如甲醇、乙醇、甲醚等）的原料，现用CO与H₂合成甲醇，反应如下：CO(g)+2H₂(g)= CH₃OH(g)  △H=-99kJ•mol^–1。

①已知断裂1molCO(g)中的化学键消耗的能量为1072kJ，断裂1molH₂(g)中的化学键消耗的能量为436kJ，则形成1molCH₃OH(g)中化学键释放的能量为_____。

②用CH₃OH 燃料电池电解精炼粗铜，装置如图所示。当消耗1mol甲醇时，d极质量增加了160g，则甲醇应加入____（填“a”或“b”）极，该电池的能量转化率为________（保留3位有效数字）。

（2）CO与Ni发生羰化反应形成的络合物可作为催化烯烃反应的催化剂。Ni的羰化反应为Ni(s)+4CO(g)Ni(CO)₄(g)   △H<0，T₀温度下，将足量的Ni粉和3.7molCO加入到刚性密闭容器中，10min时反应达到平衡，测得体系的压强为原来的倍。则：

①0～10min内平均反应速率v(Ni)=________g•min^–1。

②研究表明正反应速率v_正=k_正•x⁴(CO)，逆反应速率v_逆 =k_逆•x[Ni(CO)₄]（k_正和k_逆分别表示正反应和逆反应的速率常数，x为物质的量分数），则T₀温度下，=_____。

③当温度升高时k_正_______k_逆（填“大于”“小于”或“等于”），此时CO的转化率___________（填“变大”“变小”或“不变”）。

④T₁温度下测得一定的实验数据，计算得到v_正～x(CO)和v_逆～x[Ni(CO)₄]的关系可用如图进行表示。当降低温度时，反应重新达到平衡，相应的点分别为______、______。

Answer

2043kJ b 83.3% 5.31 9×103（或9000） 小于 变小 D B

【解析】

（1）②本题为原电池和电解池的简单串联问题的考核。根据电解原理，d电极质量增加，说明发生了Cu2++2e-=Cu的反应，据此可判断原电池的正负极。根据析出的Cu质量，计算电解池中转移的电子数，据此可求出电池的能量转化率。

（1）①利用ΔH=破坏旧键吸收的总能量-形成新键释放的总能量，设形成1molCH3OH(g)中化学键释放的能量为x，则，x=2043kJ。答案为：2043kJ；

②d极质量增加160g，说明d极为阴极，与电源的负极相连，即b极为燃料电池的负极，而燃料从负极加入，所以甲醇应加入b极。d极质量增加160g，析出Cu为2.5mol，转移电子为；而加入1mol甲醇，由CH3OH～6e-，所以电池的能量转化率=。答案为：b；83.3%；

（2）设平衡时Ni(CO)4的物质的量为x，根据题意列出反应的三段式：

温度一定，刚性密闭容器即V一定，根据T、V相同时，，所以，即，x=0.9。

①0～10min内反应掉的Ni为0.9mol，其质量为53.1g，所以0～10min内平均反应速率v(Ni)=。答案为：5.31；

②由以上分析可知，T0温度下平衡时n(CO)=0.1mol，n[Ni(CO)4]=0.9mol，气体总物质的量n总=1mol，则x(CO)=0.1，x[Ni(CO)4]=0.9。平衡时v正=v逆，即k正•x4(CO)=k逆•x[Ni(CO)4]，。答案为：9×103（或9000）；

③由于反应放热，当温度升高时平衡逆向移动，即温度升高对逆反应速率常数影响大，所以k正＜k逆；由于平衡逆向移动，所以CO的转化率变小；答案为：＜；变小；

④由于反应放热，温度降低，平衡正向移动，导致v正、v逆均减小，x(CO)减小，x[Ni(CO)4]增大，所以反应重新达到平衡相应的点分别为D、B。答案为：D；B。