解题思路:(1)依据热化学方程式和盖斯定律计算得到所需热化学方程式;
(2)①CO2(g)+3H2(g)⇌CH3OH(g)+H2O(g)△H=-a kJ•mol-1 ,反应时气体体积减小的放热反应,反应达到平衡的标志是正逆反应速率相同,个成分含量保持不变,分析选项;
②依据图象分析计算二氧化碳的反应速率,结合反应速率之比等于化学方程式计量数之比计算氢气的反应速率;
③结合平衡移动方向,分析判断能使
n(C
H
3
OH)
n(C
O
2
)
增大选项;
④依据平衡浓度计算费用平衡常数,结合平衡常数增大需要平衡正向进行,平衡常数随温度变化分析判断;
(3)①依据原电池装置图象分析,氢离子移向正极,所以M为原电池负极,N为正极,负极是甲醇燃料失电子在酸性介质中生成二氧化碳,据此书写电极反应;
②电解饱和食盐水生成氯气、氢气和氢氧化钠,结合化学方程式书写离子方程式;依据电子守恒计算消耗甲醇质量.
(1)①CO2(g)+3H2(g)⇌CH3OH(g)+H2O(g)△H=-a kJ•mol-1;
②CH3OH(g)═CH3OH(l)△H=-b kJ•mol-1;
③2H2(g)+O2(g)═2H2O(g)△H=-c kJ•mol-1;
④H2O(g)═H2O(l)△H=-d kJ•mol-1,
依据盖斯定律计算③×[3/2]+2④-①-②得到表示CH3OH(l)燃烧热的热化学方程式为:CH3OH(l)+[3/2]O2(g)=CO2(g)+2H2O(l)△H=-([3/2]c+2d-a-b)kJ•mol-1;
故答案为:CH3OH(l)+[3/2]O2(g)=CO2(g)+2H2O(l)△H=-([3/2]c+2d-a-b)kJ•mol-1;
(2)①CO2(g)+3H2(g)⇌CH3OH(g)+H2O(g)△H=-a kJ•mol-1(a>0),反应是气体体积减小的放热反应;
A.CO2的体积分数在混合气体中保持不变,是破坏标志,故A符合;
B.平衡气体质量不变,反应前后气体物质的量减小,混合气体的平均相对分子质量不随时间的变化而变化,说明反应达到平衡,故B符合;
C.单位时问内每消耗1.2mol H2,同时生成0.4mol H2O,只能表示反应正向进行,不能说明反应达到平衡,故不符合;
D.化学方程式定量关系可知,反应过程中和平衡状态下,反应中H2O与CH3OH的物质的量浓度之比为1:1,且保持不变,不能说明反应达到平衡,故D不符合;
故答案为:AB;
②图象分析可知二氧化碳的反应速率V(CO2)=[1.00mol/L−0.75mol/L/10min]=0.025mol/L•min;
反应速率之比等于化学方程式计量数之比,V(H2)=3V(CO2)=3×0.025mol/L•min=0.075 mol•L-1•min-1;
故答案为:0.075 mol•L-1•min-1;
③CO2(g)+3H2(g)⇌CH3OH(g)+H2O(g)△H=-a kJ•mol-1(a>0),反应是气体体积减小的放热反应;下列措施中能使
n(CH3OH)
n(CO2)增大的是
A.反应是放热反应,升高温度平衡逆向进行,使
n(CH3OH)
n(CO2)减小,故A不符合;
B.恒温恒容下充入He(g),总压增大,分压不变,平衡不动,使
n(CH3OH)
n(CO2)不变,故B不符合;
C.将H2O(g)从体系中分离,平衡正向进行,使
n(CH3OH)
n(CO2)增大,故C符合;
D.恒温恒容再充入2mol CO2和3mol H2 ,增大压强平衡正向进行,使
n(CH3OH)
n(CO2)增大,故D符合;
故答案为:CD;
④依据化学平衡三段式列式计算平衡浓度计算平衡常数
CO2(g)+3H2(g)⇌CH3OH(g)+H2O(g)
起始量(mol/L) 11.5 0 0
变化量(mol/L) 0.250.75 0.25 0.25
平衡量(mol/L) 0.75 0.75 0.25 0.25
平衡常数K=
0.25×0.25
0.75×0.75
点评:
本题考点: 物质的量或浓度随时间的变化曲线;反应热和焓变;化学电源新型电池;化学平衡的影响因素.
考点点评: 本题考查了热化学方程式和盖斯定律计算分析化学平衡影响因素,平衡移动原理的分析判断,注意图象分析应用,原电池、电解池原理的分析判断,掌握基础是关键,题目难度中等.