Question

【題目】甲醇是重要的化工原料，又可作為燃料。工業上利用合成氣（主要成分為CO、CO2和H2）在催化劑的作用下合成甲醇，發生的主反應如下：
①CO(g)+2H2(g) CH3OH(g) ΔH1
②CO2(g)+3H2(g) CH3OH（g）+H2O(g) ΔH＝－58 kJ/mol
③CO2(g)+H2(g) CO(g)+H2O(g) ΔH＝＋41 kJ/mol
回答下列問題：
（1）已知反應①中相關的化學鍵鍵能數據如下：

化學鍵	H－H	C－O	C O	H－O	C－H
E/（kJ·mol-1）	436	343	1076	465	x

則x＝。
（2）若將lmol CO2和2mol H2充入容積為2L的恒容密閉容器中，在兩種不同溫度下發生反應②。測得CH3OH的物質的量隨時間的變化如圖所示。

①曲線I、Ⅱ對應的平衡常數大小關系為KIKⅡ(填“＞”或“＝”或“＜”)；
②一定溫度下，能判斷該反應達到化學平衡狀態的是。
a．容器中壓強不變 b．甲醇和水蒸氣的體積比保持不變
c．v正（H2）＝3v逆（CH3OH） d．2個C＝O斷裂的同時有6個H—H斷裂
③若5min后反應達到平衡狀態，H2的轉化率為90%，則用CO2表示的平均反應速率為 ， 該溫度下的平衡常數為；若容器容積不變，下列措施可增加甲醇產率的是。
a．縮小反應容器的容積 b．使用合適的催化劑
c．充入He d．按原比例再充入CO2和H2
（3）以甲醇為燃料，氧氣為氧化劑，KOH溶液為電解質溶液，可制成燃料電池。以此電池作電源，在實驗室中模擬鋁制品表面“鈍化”處理過程（裝置如圖所示）。其中物質b是 ， 陽極電極反應為。

Answer 1

【答案】
（1）413
（2）＞；ac；0.06mol/（L·min）；450；ad
（3）甲醇（CH3OH）；2Al-6e- +3H2O=A12O3+6H+
【解析】解：（1）已知：
①CO(g)+2H2(g) CH3OH(g) ΔH1
②CO2(g)+3H2(g) CH3OH（g）+H2O(g) ΔH＝－58 kJ/mol
③CO2(g)+H2(g) CO(g)+H2O(g) ΔH＝＋41 kJ/mol
根據蓋斯定律可知②一③即得到反應①的△H1=-99 kJ/mol。根據表中鍵能可知1076+2×436-3x-343-465=-99，解得x=413。（2）①曲線Ⅱ首先達到平衡狀態，說明曲線Ⅱ的溫度高于曲線Ⅰ。由于正反應是放熱反應，升高溫度平衡向逆反應方向進行，平衡常數減小，所以對應的平衡常數大小關系為KⅠ>KⅡ;②a.正反應體積減小，則容器中壓強不變說明達到平衡狀態，a正確，b根據方程式可知甲醇和水蒸氣的體積比始終是1:1，不能說明達到平衡狀態，b錯誤v正（H2）＝3v逆（CH3OH）表示正逆反應速率相等，達到平衡狀態，c正確，d.根據方程式可知2個C=O斷裂的同時一定有6個H-H斷裂，不能說明達到平衡狀態，d錯誤，答案選ac。
③

	CO2（g）+	3H2（g）	CH3OH（g）+	H2O（g）
起始濃度（mol/L）	0.5	1	0	0
變化濃度（mol/L）	0.3	0.9	0.3	0.3
平衡濃度（0mol/L）	0.2	0.1	0.3	0.3

則用CO2表示的平均反應速率為:0.3mol/L÷5min=0.06mol/（L·min）;該溫度下的平衡常數為0.3×0.3/0.2×0.13=450
a.正反應體積減小，縮小反應容器的容積平衡向正反應方向進行，甲醇的產率升高，a正確，
b.使用合適的催化劑平衡不移動，產率不變，b錯；c容器容積不變，充入He,各物質濃度不變，平衡不移動，對產率無影響，c錯誤;d.按原比例再充入CO2和H2相當于增大壓強，平衡向正反應方向進行，甲醇的產率升高，d正確;答案選a。（3）模擬鋁制品表面“鈍化”處理，則電極鋁是陽極，與電源的正極相連，所以a物質是氧氣，b物質是甲醇。鋁為陽極，會發生氧化反應，表面形成氧化膜，必須有水參加，所以電極反應式為2Al-6e- +3H2O=A12O3+6H+
【考點精析】解答此題的關鍵在于理解反應熱和焓變的相關知識，掌握在化學反應中放出或吸收的熱量，通常叫反應熱，以及對化學平衡狀態本質及特征的理解，了解化學平衡狀態的特征：“等”即 V正=V逆>0；“動”即是動態平衡，平衡時反應仍在進行；“定”即反應混合物中各組分百分含量不變；“變”即條件改變，平衡被打破，并在新的條件下建立新的化學平衡；與途徑無關，外界條件不變，可逆反應無論是從正反應開始，還是從逆反應開始，都可建立同一平衡狀態（等效）．