Question

【題目】目前工業上有一種方法是用CO2生產燃料甲醇(CH3OH)。反應的化學方程式為：CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)，該反應的能量變化如圖所示：

(1)該反應是__反應(填“吸熱”或“放熱”)，判斷的理由是___。

(2)某溫度時，在體積為2L的密閉容器中，充入1molCO2和3molH2，測得CO2的物質的量隨時間變化如下表所示：

時間/min	0	2	5	10	15
n(CO2)/mol	1	0.85	0.7	0.25	0.25

從反應開始到5min末，用CO2表示的該反應的平均速率為__；反應達平衡時，H2的轉化率為__；要提高此反應的速率，可以采取___措施(填寫2條)。

(3)若維持(2)的條件不變，能說明該反應已達平衡狀態的是__(填序號)。

A.v生成(CH3OH)=v消耗(CO2)

B.CO2、H2、CH3OH、H2O濃度相等的狀態

C.CO2、H2、CH3OH、H2O總物質的量保持不變的狀態

D.CO2的轉化率保持不變的狀態

(4)依據原電池原理，將甲醇設計成燃料電池如圖：

則a為__極(填“正”或“負”)；H+從__極區向__極區遷移(用圖中字母填)；b極上O2發生反應電極反應式為：__。

Answer 1

【答案】放熱 反應物的總能量大于生成物的總能量 0.03mol/(L·min) 75% 升溫，使用催化劑，加壓等 CD 負 a b O2+4e-+4H+=2H2O

【解析】

(2)根據計算反應速率；轉化率=；

(3)化學反應達到化學平衡狀態時，正逆反應速率相等，且不等于0，各物質的濃度不再發生變化，由此衍生的一些物理量不發生變化，以此進行判斷；

(4)甲醇燃料電池中甲醇被氧氣氧化，所以a電極為負極，b電極為正極。

(1)根據能量變化圖可知反應物的總能量大于生成物的總能量，所以該反應為放熱反應；

(2)根據表格數據可知5min末△n(CO2)=1mol-0.7mol=0.3mol，容器的體積為2L，所以v(CO2)==0.03mol/(L·min)；根據表格數據10min后二氧化碳的物質的量不再變化，說明此時反應達到平衡，該時段內△n(CO2)=1mol-0.25mol=0.75mol，根據反應方程式可知該時段內△n(H2)=0.75mol×3=2.25mol，所以氫氣的轉化率為=75%；

(3)A．反應平衡時正逆反應速率相等，v生成(CH3OH)和v消耗(CO2)描述的都是正反應速率，只要反應進行，二者就相等，故A不能說明達到平衡；

B．平衡時各物質的濃度不再改變，但不一定相等，故B不能說明反應達到平衡；

C．該反應前后氣體系數之和不相等，所以未平衡時，氣體的總物質的量會變，故C能說明反應平衡；

D．CO2的轉化率保持不變說明其濃度不再改變，故D能說明反應平衡；

綜上所述選CD；

(4)根據分析可知a為負極；原電池中氫離子從負極遷移到正極，即從a極區向b極區遷移；通入氧氣的一極發生還原反應，與氫離子結合生成水，所以電極反應式為O2+4e-+4H+=2H2O。