Question

目前工业上有一种方法是用CO₂生产燃料甲醇。一定条件下发生反应：CO₂（g）+3H₂（g）   CH₃OH（g）+H₂O（g），该反应的能量变化如图所示：

（1）你认为该反应为____________（填放热或吸热）反应.               

（2）恒容容器中，对于以上反应，能加快反应速率的是                。

a．升高温度      b．充入He       c．加入催化剂        d．降低压强

（3）在体积为2 L的密闭容器中，充入1 mol CO₂和3 mol H₂，测得CO₂的物质的量随时间变化如下表所示。

t/min	0	2	5	10	15
n（CO2）/mol	1	0.75	0.5	0.25	0.25

从反应开始到5min末，用H₂浓度变化表示的平均反应速率v（H₂）=         ；反应达到平衡状态，此时H₂的转化率为              。

（4）在相同温度、容积不变的条件下，能说明该反应已达平衡状态的是    （填序号）。

a．CO₂、H₂、CH₃OH、H₂O的浓度均不再变化           

b．v_生成（CH₃OH）＝v_消耗（CO₂）

c．n（CO₂）∶n（H₂）∶n（CH₃OH）∶n（H₂O）＝1∶1∶1∶1      

d．容器中混合气体的密度保持不变 

e． H₂的消耗速率与CH₃OH的消耗速率之比为3∶1      

f．体系压强不变

（5）以CH₃OH、空气、氢氧化钾溶液为原料，石墨为电极可构成然料电池，该电池中负极上的电极反应式是：_____________________________________。

Answer

（1）放热；（2）ac；（3）0.15mol·（L·min）-1，75%；（4）a、e、f；（5）CH3OH＋8OH―—6e― =CO32―＋6H2O。

【解析】

试题分析：（1）反应物的总能量高于生成物的总能量，此反应是放热反应；（2）a、升高温度，反应速率加快；b、恒容时，充入非反应气体，各组分的浓度不变，反应速率不变；c、加入催化剂，加快反应速率；d、降低压强，减缓反应速率；（3）v（CO2）=（1－0.5）/（2×5）mol/（L·min）=0.05 mol/（L·min），根据化学反应速率之比等于系数之比，则v（H2）=3v（CO2）=3×0.05mol/（L·min）=0.15mol/（L·min），消耗的氢气的物质的量n（H2）=3×（1－0.25）mol=2.25mol，氢气的转化率=2.25/3×100%=75%；（4）a、根据化学平衡状态的定义，各组分的浓度不再改变，说明达到平衡；b、生成甲醇和消耗CO2，反应方向都是向正反应方向移动的，因此不能作为达到化学平衡的标志；c、不能通过物质的量比值，来判断达到化学平衡的标志；d、根据密度的定义式，组分都是气体，则气体质量不变，因为是恒容，容器的体积不变，因此密度不能作为达到化学平衡的标志；e、消耗氢气和消耗甲醇反应方向是一正一逆，且速率之比为3：1，能作为达到化学平衡的标志；f、反应前后气体系数之和不相等，因此当压强不再改变，说明反应达到平衡；（5）通燃料的一极为负极，其反应式为：CH3OH＋8OH―—6e― =CO32―＋6H2O。

考点：考查能量和热效应的关系、影响反应速率的因素、化学反应速率的计算、判断达到化学平衡标志、电极反应式的书写等知识。