(2013•惠州一模)工业上“固定”和利用CO2能有效地减轻“温室’效应.有一种用CO2生产甲醇燃料的方法:CO2(g)

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  • 解题思路:(1)可逆反应达到平衡状态,一定满足正逆反应速率相等,各组分的浓度、百分含量不再变化,据此进行判断;

    (2)①根据图象中氢气的物质的量变化判断反应进行的方向,然后判断正逆反应速率大小;

    ②曲线Ⅰ的反应速率大于原反应,达到平衡时氢气的物质的量增大,说明平衡向着逆向移动;曲线Ⅱ的反应速率大于原反应,达到平衡时氢气的物质的量减小,说明平衡向着正向移动;

    ③使用催化剂后,正逆反应速率都同时增大,达到平衡的反应时间减小,但达到平衡时氢气的物质的量不变,据此画出加入催化剂对应的曲线;

    ④根据图象中实线数据判断达到平衡状态时氢气的物质的量,计算出氢气浓度及浓度变化,利用三段式列式计算出各组分的浓度,再利用平衡常数表达式计算出该反应的平衡常数;

    (3)燃料电池中,负极发生氧化反应,甲醇在反应中发生失去电子,由于是在碱性条件下,甲醇反应后生成了碳酸根离子和水,据此写出发生的电极反应.

    (1)A.n(CO2):n(H2):n(CH3OH):n(H2O)=1:3:1:1,不能判断正逆反应速率是否相等,无法判断是否达到平衡状态,故A错误;

    B.该反应是体积减小的反应,容器内压强保持不变,表明正逆反应速率相等,各组分的浓度不再变化,达到了平衡状态,故B正确;

    C.H2的消耗速率与CH3OH的消耗速率之比为3:1,表示的是正逆反应速率,且满足计量数关系,说明达到了平衡状态,故C正确;

    D.容器内的密度保持不变,反应方程式两边都是气体,气体的总质量不变,容器的容积固定,所以反应过程中气体的密度始终不变,所以密度不能作为判断平衡状态的依据,故D错误;

    故选BC;

    (2)①根据图象可知,a到b过程中氢气的物质的量减小,说明反应向着正向移动,正反应速率大于逆反应速率,

    故答案为:大于;

    ②由曲线Ⅰ的反应速率增大,且达到平衡时氢气的物质的量增大,平衡向着逆向移动,该反应为放热反应,说明升高了温度,正逆反应速率都增大,平衡向着逆向移动,氢气的转化率减小;

    根据曲线Ⅱ的曲线可知,反应速率比原反应增大,达到平衡时氢气的物质的量减小,平衡向着正向移动,该反应是体积缩小的反应,说明增大了压强,正逆反应速率都增大,平衡性在正向移动,氢气的转化率增大,

    故答案为:升高温度;增大压强;

    ③使用催化剂,加快了反应速率,达到平衡时需要的时间减少,但是不影响氢气的转化率,所以加入催化剂对应的曲线为:

    故答案为:

    ④由图象可知,实线表示的曲线,在8分钟达到平衡状态,此时氢气的物质的量为2mol,氢气的浓度为:[2mol/2L]=1mol/L,氢气的浓度变化为:[8mol/2L]-1mol/L=3mol/l,反应前二氧化碳的浓度为:[6mol/2L]=3mol/L,利用化学平衡的三段式可得:

    CO2(g)+3H2(g)⇌CH3OH(g)+H2O(g)

    c(起)(mol/L )3400

    △c (mol/L ) 1311

    c(平)(mol/L )2111

    K=

    c(CH3OH)•c(H2O)

    c(CO2)•c3(H2)=

    (1mol/L)×(1mol/L)

    (2mol/L)×(1mol/L)3=0.5L-2/mol-2

    故答案为:CO2(g)+3H2(g)⇌CH3OH(g)+H2O(g)

    c(起)(mol/L )3400

    △c (mol/L ) 1311

    c(平)(mol/L )2111

    K=

    c(CH3OH)•c(H2O)

    c(CO2)•c3(H2)=

    (1mol/L)×(1mol/L)

    (2mol/L)×(1mol/L)3=0.5L-2/mol-2

    (3)甲醇可用以制燃料电池,常用KOH作电解质溶液,负极甲醇失去电子生成二氧化碳,由于电解质为氢氧化钾溶液,所以反应生成了碳酸根离子,发生的负极电极反应式为:CH3OH+8OH--6e-=CO32-+6H2O,

    故答案为:CH3OH+8OH--6e-=CO32-+6H2O.

    点评:

    本题考点: 化学平衡状态的判断;电极反应和电池反应方程式;物质的量或浓度随时间的变化曲线;化学平衡的计算.

    考点点评: 本题考查了化学平衡状态的判断、原电池电极反应式书写、化学平衡的计算等知识,题目难度较大,涉及的知识点较多,充分考查了学生对书写知识的掌握情况.