Question

【題目】“低碳循環”引起各國的高度重視，而如何降低大氣中的含量及有效地開發利用，引起了全世界的普遍重視。將轉化為甲醇：CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)，此研究對的深度開發應用和構建生態文明社會具有重要的意義。

(1)在一恒溫恒容密閉容器中充入1 mol 和3 mol 進行上述反應。測得(g)和(g)濃度隨時間變化如圖所示。

①0—10 min內，氫氣的平均反應速率為____________，第10min后，保持溫度不變，向該密閉容器中再充入2 mol(g)和2mol (g)，則平衡______________(填“正向”“逆向”或“不”)移動。

②一定溫度下，若此反應在恒壓容器中進行，能判斷該反應達到化學平衡狀態的依據是_______。

a.容器中壓強不變 b.的體積分數不變 c.c()=3c()

d.容器中密度不變 e.2個C=O斷裂的同時有3個H-H斷裂

(2)若已知：CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)

2H2(g)+O2(g)=2H2O(g)

則表示(l)燃燒熱的熱化學方程式為_______________________________。

(3)如圖，25℃時以甲醇燃料電池(電解質溶液為稀硫酸)為電源電解600 mL 一定濃度的NaCl溶液。

①U形管內發生的化學反應方程式為__________________________________。

②在電解一段時間后，NaCl溶液的pH變為12(假設電解前后NaCl溶液的體積不變)，則理論上消耗甲醇的物質的量為____________mol。若向U形管內電解后的溶液中通入氣體，使所得溶液c()：c()=2：1，則此時溶液中的c()= ________________。(室溫下，H2CO3的；)。

Answer 1

【答案】0.225 mol/(Lmin) 正向 bd 2NaCl+2H2O2NaOH+Cl2↑+H2↑ 0.001

【解析】

(1)根據=，計算甲醇的反應速率，反應速率之比等于化學方程式計量數之比計算氫氣的反應速率，化學平衡常數為生成物濃度冪之比與反應物濃度冪之積的比進而求得化學平衡常數，計算再充入2 mol(g)和2mol (g)的濃度商和平衡常數比較判斷反應進行的方向；可逆反應達到平衡狀態時，正逆反應速率相等，反應體系中各物質的量不變、物質的量濃度不變、百分含量不變以及由此引起的一系列物理量不變，據此分析解答；

(2)根據蓋斯定律計算寫出熱化學方程式；

(3)惰性電極電解氯化鈉溶液生成氫氧化鈉、氫氣和氯氣，以此書寫化學方程式；NaCl溶液的pH值變為12，即可求出電解池中放電的H+的物質的量為0.006mol，即電解池的陰極得0.006mol電子，根據流經四個電極的電量相等，從而得出消耗甲醇的量；向U形管內電解后的溶液中通入CO2氣體，CO2與NaOH反應生成Na2CO3和NaHCO3，當c(-)：c()=2：1時，Ka2==c(H+)，據此計算。

(1)圖象分析可以知道，甲醇變化濃度為0.75mol/L，甲醇的反應速率(CH3OH)==0.075mol/(Lmin)，反應速率之比等于化學方程式計量數之比，(H2)=3(CH3OH)=30.075mol/(Lmin)=0.225 mol/(Lmin)，結合化學三行計算得到，圖象分析可以知道體積為1L，
CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)
起始量（mol/L） 1 3 0 0
變化量（mol/L） 0.75 2.25 0.75 0.75
平衡量（mol/L） 0.25 0.75 0.75 0.75
該溫度下平衡常數K==5.3，
第10min后，保持溫度不變，向該密閉容器中再充入2 mol(g)和2mol (g)，
Qc==2.2<K=5.3，反應正向進行，
CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g) 反應是氣體體積減小的反應，恒溫恒壓密閉容器中，該反應達平衡狀態時，正逆反應速率相同。
a.反應為恒溫恒壓，壓強始終不變，所以容器中壓強不變，不能說明反應達到平衡狀態，故a錯誤；

b.的體積分數不變，能說明反應達到平衡狀態，所以b選項是正確的；

c. 甲醇和氫氣濃度濃度和起始量變化量有關，c()=3c()不能說明反應達到平衡狀態，故c錯誤；

d. 反應前后氣體質量相同，恒溫恒壓密閉容器中混合氣體的密度不變，能說明反應達到平衡狀態，所以d選項是正確的；

e.2個C=O斷裂的必然有3個H-H斷裂，二者都表示正反應速率，不能說明反應達到平衡狀態，故e錯誤。

因此，本題正確答案是：0.225 mol/(Lmin)，正向，bd；

(2)已知：① CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)

②2H2(g)+O2(g)=2H2O(g)

③H2O(g)= H2O(l)

④CH3OH(g)= CH3OH(l)

根據蓋斯定律②+③2-①-④得 ，

因此，本題正確答案是： ；

(3) ①用惰性電極電解氯化鈉溶液，化學反應方程式為2NaCl+2H2O2NaOH+Cl2↑+H2↑；

NaCl溶液的pH值變為12，即得出n(OH-)=10-2mol/L0.6L=0.006mol，根據電解池中陰極的電極反應2H++2e-=H2↑可以知道：電解池的陰極得0.006mol電子。而流經四個電極的電量相等，根據燃料電池的負極反應CH3OH-6e-+H2O=CO2+6H+可以知道CH3OH~6e-，故失0.006mol電子時消耗0.001mol甲醇。

向U形管內電解后的溶液中通入CO2氣體，CO2與NaOH反應生成Na2CO3和NaHCO3，當c()：c()=2：1時，Ka2==c(H+)，則此時溶液中的c()= 2Ka2=2510-11=10-10。

因此，本題正確答案是：2NaCl+2H2O2NaOH+Cl2↑+H2↑；0.001；10-10。