Question

工业上利用CO₂和H₂反应生成甲醇，也是减少CO₂的一种方法。在容积为 1L 的恒温密闭容器中充入1mol CO₂和3mol H₂，一定条件下发生反应： CO₂(g)＋3H₂(g)⇌CH₃OH(g)＋H₂O(g)△H＝－49.0 kJ/mol，测得CO₂和CH₃OH(g)的浓度随时间变化如图所示：

(1)达到平衡的时刻是_________min(填“3”或“10”)。在前10min内，用CO₂浓度的变化表示的反应速率υ(CO₂)＝_________mol/(L· min)。

(2)能判断该反应达到化学平衡状态的依据是_________。

a.容器内压强不变    b.混合气体中c(CO₂)不变   c.υ(CH₃OH)＝υ(H₂O)    d.c(CH₃OH)＝c(H₂O)

(3)达平衡后，H₂的转化率是_________。平衡常数 K ＝_________(计算结果保留一位小数)。为了提高H₂的转化率，可采取_________(填“增大”或“减小”)CO₂浓度的措施。

(4)工业上也可用 CO 和H₂合成甲醇

已知：①CO(g) + O₂(g) = CO₂(g)  △H₁＝-283.0 kJ/mol

②H₂(g) + O₂(g) = H₂O(g)   △H₂＝-241.8 kJ/mol

③CH₃OH(g) + O₂(g) = CO₂(g)+2H₂O(g)   △H₃＝-673kJ/mol

则反应CO(g) + 2H₂(g) = CH₃OH(g)△H＝_________kJ/mol

(5)如图是甲醇燃料电池原理示意图，电池正极的电极反应式为：_________。

Answer

10 0.075 ab 75% 5.3 增大 -93.6

【解析】

(1)达到平衡时是物质的浓度保持不变而不是相等，故平衡的时刻是10min，在前10min内，用 CO2浓度的变化表示的反应速率 υ(CO2)＝，故答案为：10 0.075

(2) a.该反应的正反应气体分子数减小，建立平衡过程中气体分子物质的量是变化的，在恒容容器中，容器内的压强是变化的，故容器内压强不变能说明反应达到平衡状态；

b.混合气体中c(CO2)不变是反应达到平衡状态的特征；

c.υ(CH3OH)＝υ(H2O) 没有指明反应速率的方向，不能说明正、逆反应速率相等，不能说明反应达到平衡状态；

d.从正反应开始建立平衡的过程中c(CH3OH)与c(H2O)始终相等，c(CH3OH)与c(H2O)不能说明反应达到平衡状态；

故答案为：ab；

(3)通过化学平衡三段式进行计算，可知：

H2的转化率=；平衡常数 ；增大一种反应物的浓度，另一种反应物的转化率增大，故为了提高 H2 的转化率，可采取增大CO2 浓度，故答案为：75% 5.3 增大；

(4) ①CO(g) + O2(g) = CO2(g) △H1＝-283.0 kJ/mol

②H2(g) + O2(g) = H2O(g) △H2＝-241.8 kJ/mol

③CH3OH(g) + O2(g) = CO2(g)+2H2O(g) △H3＝-673 kJ/mol

根据盖斯定律，将①+2×②-③即得到反应 CO(g) + 2H2(g) = CH3OH(g) ，故答案为：-93.6；

(5)根据甲醇燃料电池原理示意图，电解质是NaOH溶液，故电池正极的电极反应式为：，故答案为：。