Question

工業(yè)上用CO生產(chǎn)燃料甲醇，一定條件下發(fā)生反應(yīng)：CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）．圖1表示反應(yīng)中能量的變化；圖2表示一定溫度下，在體積為2L的密閉容器中加入4mol H₂和一定量的CO后，CO和CH₃OH（g）的濃度隨時(shí)間變化．
請(qǐng)回答下列問題：
（1）在“圖1”中，曲線

 

（填：a或b）表示使用了催化劑；該反應(yīng)屬于

 

（填：吸熱、放熱）反應(yīng)．
（2）下列說法正確的是

 

．
A．起始充入的CO為1mol
B．增加CO濃度，CO的轉(zhuǎn)化率增大
C．容器中壓強(qiáng)恒定時(shí)，反應(yīng)已達(dá)平衡狀態(tài)
D．保持溫度和密閉容器容積不變，再充入1mol CO和2mol H₂，再次達(dá)到平衡時(shí)n（CH₃OH）/n（CO）會(huì)減小
（3）從反應(yīng)開始到建立平衡，v（H₂）=

 

；該溫度下CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）的化學(xué)平衡常數(shù)為

 

．若保持其它條件不變，將反應(yīng)體系升溫，則該反應(yīng)化學(xué)平衡常數(shù)

 

（填“增大”、“減小”或“不變”）．
（4）請(qǐng)?jiān)凇皥D3”中畫出平衡時(shí)甲醇百分含量（縱坐標(biāo)）隨溫度（橫坐標(biāo)）變化的曲線，要求畫壓強(qiáng)不同的2條曲線（在曲線上標(biāo)出P₁、P₂，且P₁＜P₂）．
（5）已知CH₃OH（g）+

3

2

O₂（g）=CO₂（g）+2H₂O（g）△H=-192.9kJ/mol又知H₂O（l）=H₂O（g）△H=+44kJ/mol，請(qǐng)寫出32g的CH₃OH（g）完全燃燒生成液態(tài)水的熱化學(xué)方程式

 

．
（6）甲醇對(duì)水質(zhì)會(huì)造成一定的污染，有一種電化學(xué)法可消除這種污染，其原理是：將Co²⁺氧化成Co³⁺，然后以Co³⁺做氧化劑把水中的甲醇氧化成CO₂而凈化．寫出用Co³⁺除去甲醇的離子方程式

 

．

Answer 1

分析：（1）根據(jù)圖中反應(yīng)的活化能的大小來分析是否使用催化劑，利用反應(yīng)前后的總能量來分析反應(yīng)的能量變化；
（2）A．利用轉(zhuǎn)化的CO和平衡時(shí)CO的量來分析；
B．增加CO濃度，會(huì)促進(jìn)氫氣的轉(zhuǎn)化；
C．該反應(yīng)為反應(yīng)前后壓強(qiáng)不等的反應(yīng)；
D．再充入1molCO和2molH₂，體積不變，則壓強(qiáng)增大，平衡正向移動(dòng)．
（3）由圖2計(jì)算用CO表示的反應(yīng)速率，再利用反應(yīng)速率之比等于化學(xué)計(jì)量數(shù)之比來計(jì)算氫氣的反應(yīng)速率，利用各物質(zhì)平衡的濃度來計(jì)算化學(xué)平衡常數(shù)；
（4）根據(jù)溫度和壓強(qiáng)對(duì)該反應(yīng)的影響來分析；
（5）根據(jù)蓋斯定律來解答；
（6）以Co³⁺做氧化劑把水中的甲醇氧化成CO₂而凈化，自身被還原為Co²⁺，結(jié)合原子守恒與電荷守恒可知，還原生成H⁺．

解答：解：（1）由圖可知，曲線b降低了反應(yīng)所需的活化能，則b使用了催化劑，又該反應(yīng)中反應(yīng)物的總能量大于生成物的總能量，則該反應(yīng)為放熱反應(yīng)，故答案為：b；放熱；  
（2）A．由圖2可知生成0.75mol/LCH₃OH，則反應(yīng)了0.75mol/LCO，平衡時(shí)有0.25mol/LCO，即CO的起始物質(zhì)的量為（0.75mol/l+0.25mol/L）×2L=2mol，故A錯(cuò)誤；
B．增加CO濃度，會(huì)促進(jìn)氫氣的轉(zhuǎn)化，氫氣的轉(zhuǎn)化率增大，但CO的轉(zhuǎn)化率減小，故B錯(cuò)誤；
C．該反應(yīng)為反應(yīng)前后壓強(qiáng)不等的反應(yīng)，則壓強(qiáng)不變時(shí)，該反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)，故C正確；
D．再充入1molCO和2molH₂，體積不變，則壓強(qiáng)增大，平衡正向移動(dòng)，再次達(dá)到平衡時(shí)

n(CH3OH)

n(CO)

會(huì)增大，故D錯(cuò)誤．
故答案為：C；
（3）由圖2可知，反應(yīng)中減小的CO的濃度為1mol/L-0.25mol/L=0.75mol/L，10min時(shí)達(dá)到平衡，
則用CO表示的化學(xué)反應(yīng)速率為

0.75mol/L

10min

=0.075mol?L^-1?min^-1，
因反應(yīng)速率之比等于化學(xué)計(jì)量數(shù)之比，則v（H₂）=0.075mol?L^-1?min^-1×2=0.15mol?L^-1?min^-1，
      CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）
開始1mol/L    2mol/L               0
轉(zhuǎn)化0.75mol/L 1.5mol/L             0.75mol/L
平衡0.25mol/L 0.5mol/L             0.75mol/L
則化學(xué)平衡常數(shù)K=

0.75mol/L

0.25mol/L×(0.5mol/L ) 2

=12 L²?mol^-2，
故答案為：0.15mol?L^-1?min^-1；12 L²?mol^-2；
（4）CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）△H＜0，
則溫度越高，逆向反應(yīng)進(jìn)行的程度越大，甲醇的含量就越低，
壓強(qiáng)增大，反應(yīng)正向進(jìn)行的程度大，則甲醇的含量高，則圖象為
，故答案為：；
（5）CH₃OH（g）+

3

2

O₂（g）=CO₂（g）+2H₂O（g）△H=-192.9kJ/mol  ①
                H₂O（l）=H₂O（g）△H=+44kJ/mol             ②
①-②×2得：CH₃OH（g）+

3

2

O₂（g）=CO₂（g）+2H₂O（l）△H=-280.9kJ/mol，
故答案為：CH₃OH（g）+

3

2

O₂（g）=CO₂（g）+2H₂O（l）△H=-280.9kJ/mol；
（6）以Co³⁺做氧化劑把水中的甲醇氧化成CO₂而凈化，自身被還原為Co²⁺，結(jié)合原子守恒與電荷守恒可知，還原生成H⁺，配平書寫離子方程式為：6Co³⁺+CH₃OH+H₂O=CO₂↑+6Co²⁺+6H⁺；
故答案為：6Co³⁺+CH₃OH+H₂O=CO₂↑+6 Co²⁺+6H⁺．

點(diǎn)評(píng)：本題考查反應(yīng)速率的計(jì)算、化學(xué)平衡有關(guān)計(jì)算、熱化學(xué)方程式書寫、氧化還原反應(yīng)等，難度中等，注意對(duì)知識(shí)的理解與掌握，是對(duì)學(xué)生能力的考查．