Question

【題目】應(yīng)對霧霾污染、改善空氣質(zhì)量需要從多方面入手，如開發(fā)利用清潔能源。甲醇是一種可再生的清潔能源，具有廣闊的開發(fā)和應(yīng)用前景�；卮鹣铝袉栴}：

（1）CO2與H2合成甲醇：CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)。但是找到合適的催化劑是制約該方法的瓶頸。目前主要使用貴金屬催化劑，但是貴金屬儲量稀少，成本高昂，難以大規(guī)模應(yīng)用，且使用中存在環(huán)境污染的風(fēng)險(xiǎn)。最近采用真空封管法制備磷化硼納米顆粒，在發(fā)展非金屬催化劑實(shí)現(xiàn)CO2電催化還原制備甲醇方向取得重要進(jìn)展，該反應(yīng)歷程如圖所示。

容易得到的副產(chǎn)物有CO和CH2O，其中相對較多的副產(chǎn)物為__；上述合成甲醇的反應(yīng)速率較慢，要使反應(yīng)速率加快，主要降低下列變化中__(填字母)的能量變化。

A.*CO+*OH→*CO+*H2O

B.*CO→*OCH

C.*OCH2→*OCH3

D.*OCH3→*CH3OH

（2）恒壓(容器的容積可變)下，0.2molCO2與0.6molH2在催化劑作用下發(fā)生反應(yīng)CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g) △H，CO2的平衡轉(zhuǎn)化率與溫度、壓強(qiáng)的關(guān)系如圖所示。

壓強(qiáng)p1__(填“<”或“>”)p2。

②在p1、100℃條件下，b點(diǎn)時(shí)v正__(填“<"或“>”)v逆。

③已知：反應(yīng)速率v=v正-v逆=k正，k正、k逆分別為正、逆反應(yīng)速率常數(shù)，x為物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)，若b點(diǎn)對應(yīng)的坐標(biāo)參數(shù)為(100，0.4)，計(jì)算b處的=__(保留3位有效數(shù)字)。

（3）焦炭與水蒸氣在恒容密閉容器中反應(yīng)制合成氣的主要反應(yīng)(Ⅰ)、(Ⅱ)的lgKP(KP為以分壓表示的平衡常數(shù))與T的關(guān)系如圖所示。

反應(yīng)(Ⅱ)的△H__(填“大于”“等于”或“小于”)0。

②c點(diǎn)時(shí)，反應(yīng)C(s)+CO2(g)2CO(g)的KP=__(填數(shù)值)。

③在恒容密閉容器中充入0.5molCO、2molH2O(g)只發(fā)生反應(yīng)(Ⅱ)，圖中d點(diǎn)處達(dá)到平衡時(shí)，CO的轉(zhuǎn)化率為__；達(dá)到平衡時(shí)，向容器中再充入0.5molCO、2molH2O(g)，重新達(dá)到平衡時(shí)，CO的平衡轉(zhuǎn)化率__(填“增大”“減小”或“不變”)。

Answer 1

【答案】CO A ＜ ＞ 2.85 小于 1 80% 不變

【解析】

(1)由圖可知，副產(chǎn)物有CO和CH2O，反應(yīng)的能壘越低，反應(yīng)越容易進(jìn)行，副產(chǎn)物的量越多；反應(yīng)的能壘越大，反應(yīng)的反應(yīng)速率越慢；

(2)①該反應(yīng)正向是氣體體積減小的反應(yīng)，氣體條件相同時(shí)，壓強(qiáng)越大，CO2的平衡轉(zhuǎn)化率越高；

②由圖可知，在p1、100℃條件下，b點(diǎn)CO2的轉(zhuǎn)化率小于平衡時(shí)CO2的平衡轉(zhuǎn)化率，則反應(yīng)正向進(jìn)行；

③平衡時(shí)υ正=υ逆，即k正x(CO2)x(H2)3=k逆x(CH3OH)x(H2O)，則=K，b點(diǎn)CO2的轉(zhuǎn)化率為0.4，根據(jù)三段式計(jì)算各物質(zhì)的物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)，根據(jù)反應(yīng)速率公式計(jì)算b處的值；

(3)①反應(yīng)(Ⅱ)隨溫度升高lgKP減小，即升高溫度，平衡逆向移動；

②根據(jù)蓋斯定律反應(yīng)Ⅰ減去反應(yīng)Ⅱ得到C(s)+CO2(g)2CO(g)，所以C(s)+CO2(g)2CO(g)的平衡常數(shù)KP等于反應(yīng)Ⅰ的平衡常數(shù)除以反應(yīng)Ⅱ的平衡常數(shù)；
③反應(yīng)(II)

結(jié)合平衡常數(shù)減小計(jì)算；達(dá)到平衡時(shí)，向容器中再充入0.5molCO、2molH2O(g)，相當(dāng)加壓，根據(jù)平衡移動方向判斷。

(1) 由圖可知生成副產(chǎn)物CH2O的能量變化大，即能壘高，反應(yīng)難進(jìn)行，生成的量少，生成副產(chǎn)物CO的能量變化小，即能壘低，反應(yīng)容易進(jìn)行，生成的量多，所以相對較多的副產(chǎn)物為CO；由圖可知生成甲醇的過程中，能壘最高(為1.64eV)的變化為*CO+*OH→*CO+*H2O，該反應(yīng)速率最慢，決定整個(gè)反應(yīng)的快慢，所以要想提高整個(gè)反應(yīng)速率，應(yīng)該降低該反應(yīng)的能壘，故答案為A；

(2)①因?yàn)樵摲磻?yīng)的氣體分子總數(shù)減少，則氣體條件相同時(shí)，壓強(qiáng)越大，二氧化碳的轉(zhuǎn)化率越大，相同溫度下，p2時(shí)CO2的轉(zhuǎn)化率比p1時(shí)的大，所以壓強(qiáng)p1＜p2；

②在p1、100℃條件下，a點(diǎn)為平衡點(diǎn)，與a點(diǎn)相比，b點(diǎn)的二氧化碳轉(zhuǎn)化率較低，則b點(diǎn)正反應(yīng)速率大于逆反應(yīng)速率，即υ正＞υ逆；

③a點(diǎn)反應(yīng)三段式：

x(CO2)=x(CH3OH)=x(H2O)=，x(H2)=，此時(shí)，，故=；

b點(diǎn)各成分的量也可由三段式計(jì)算：

故，此時(shí)，；

(3)①反應(yīng)(Ⅱ)的lgKP隨溫度升高而減小，即升高溫度，平衡逆向移動，則△H＜0；

②根據(jù)蓋斯定律反應(yīng)Ⅰ減去反應(yīng)Ⅱ得到C(s)+CO2(g)2CO(g)，所以C(s)+CO2(g)2CO(g)的平衡常數(shù)KP等于反應(yīng)Ⅰ的平衡常數(shù)除以反應(yīng)Ⅱ的平衡常數(shù)，由于c點(diǎn)兩者的lgKP相等，則反應(yīng)C(s)+CO2(g)2CO(g)的lgKP=0，即c點(diǎn)時(shí)，反應(yīng)C(s)+CO2(g)2CO(g)的KP=1；

③d點(diǎn)時(shí)，反應(yīng)(Ⅱ)的KP=1；

反應(yīng)是氣體體積不變化的反應(yīng)，可將各物質(zhì)的物質(zhì)的量數(shù)值直接代入計(jì)算，即，解得x=0.4，CO的轉(zhuǎn)化率為×100%=80%，該反應(yīng)前后氣體的分子數(shù)不變，達(dá)到平衡時(shí)，向容器中再充入0.5molCO、2molH2O(g)相當(dāng)增大壓強(qiáng)，平衡不發(fā)生移動，所以CO的平衡轉(zhuǎn)化率不變。