Question

【題目】CO、CO2是化石燃料燃燒后的主要產(chǎn)物。

(1)將體積比為2：1的CO2和CO混合氣體通入有足量Na2O2固體的密閉容器中，同時(shí)不斷地用電火花點(diǎn)燃。將殘留固體溶于水，所得溶液中2c(CO32-)+c(HCO3-)____________c(Na+)（填“>”“<”或“=”） 。

(2)已知：2CO(g)+O2(g)=2CO2(g) △H=-566.0 kJ/mol；鍵能E（o=o）=499.0 kJ/mol

①CO(g)+O2(g)CO2(g)+O(g) 的△H=____________kJ/mol

②已知2500K時(shí)，①中反應(yīng)的平衡常數(shù)為0.40。某時(shí)刻該反應(yīng)體系中各物質(zhì)濃度滿足： c(CO)·c(O2)=c(CO2)·c(O)，則此時(shí)反應(yīng)____________（填向左”或“向右”）進(jìn)行。

(3)已知：反應(yīng)CO2(g)CO(g)+O(g)在密閉容器中CO2分解實(shí)驗(yàn)的結(jié)果如下圖1；反應(yīng)2CO2(g)2CO(g)+O2(g)中1molCO2在不同溫度下的平衡分解量如下圖2，

①分析圖1，求2min內(nèi)v(CO2)=_______。

②分析圖2，1500℃時(shí)反應(yīng)達(dá)平衡，此時(shí)容器體積為1 L，則反應(yīng)的平衡常數(shù)K=______(計(jì)算結(jié)果保留1位小數(shù))。

(4)為探究不同催化劑對(duì)CO和H2合成CH3OH的選擇性效果，某實(shí)驗(yàn)室控制CO和H2的初始投料比為1：3進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，得到如下數(shù)據(jù)：

選項(xiàng)	T/K	時(shí)間/min	催化劑種類	甲醇的含量(%)
A	450	10	CuO-ZnO	78
B	450	10	CuO-ZnO-ZrO2	88
C	450	10	ZnO-ZrO2	46

①由表1可知，該反應(yīng)的最佳催化劑為____________（填編號(hào)）；圖3中a、b、c、d四點(diǎn)是該溫度下CO的平衡轉(zhuǎn)化率的是____________。

②有利于提高CO轉(zhuǎn)化為CH3OH的平衡轉(zhuǎn)化率的措施有____________。

A. 使用催化劑CuO－ZnO－ZrO2 B. 適當(dāng)降低反應(yīng)溫度

C. 增大CO和H2的初始投料比 D. 恒容下，再充入a mol CO和3a mol H2

Answer 1

【答案】< -33.5 向左 3×10-7 mol/(Lmin) 3.2×10-8 mol/L B cd BD

【解析】

(1)碳酸鈉在溶液中水解顯堿性，結(jié)合溶液中電荷守恒分析；

(2)①根據(jù)蓋斯定律，將已知的熱化學(xué)方程式疊加，可得待求反應(yīng)的熱化學(xué)方程式；

②根據(jù)Qc與K的相對(duì)大小判斷；

(3)①2min內(nèi)O的濃度增大0.6×10-6 mol/L，則二氧化碳減小0.6×10-6mol/L，根據(jù)v(CO2)=計(jì)算；

②根據(jù)物質(zhì)反應(yīng)轉(zhuǎn)化關(guān)系，計(jì)算平衡時(shí)各種物質(zhì)的物質(zhì)的量，利用體積比等于物質(zhì)的量的比，結(jié)合K的含義計(jì)算；

(4)①表中數(shù)據(jù)可知，相同條件下甲醇的含量最高時(shí)催化劑效果最好，圖2中a、b、c、d四點(diǎn)是該溫度下CO平衡轉(zhuǎn)化率的必須是平衡狀態(tài)下的轉(zhuǎn)化率；

②由CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g) △H1=-53.7 kJ/mol可知提高CO2轉(zhuǎn)化為CH3OH平衡轉(zhuǎn)化率，應(yīng)使平衡向正向移動(dòng)，可降低溫度，增大濃度。

(1) Na2O2與CO2反應(yīng)：2CO2+2Na2O2=2Na2CO3+O2，電火花不斷引燃，發(fā)生反應(yīng)：2CO+O22CO2，整個(gè)過程相當(dāng)于CO+Na2O2=Na2CO3，由于加入足量的Na2O2固體，則反應(yīng)后的氣體只能為O2，所以反應(yīng)后生成物的化學(xué)式是Na2CO3、O2；Na2CO3在溶液中水解顯堿性，則c(OH-)>c(H+)。溶液中電荷守恒為：2c(CO32-)+c(HCO3-)+c(OH-)=c(H+)+c(Na+)，由于c(OH-)>c(H+)，所以2c(CO32-)+c(HCO3-)<c(Na+)；

(2)①已知：(i)2CO(g)+O2(g)=2CO2(g) △H=-566.0 kJ/mol；

(ii)O2(g)=2O(g) △H=+499 kJ/mol；

根據(jù)蓋斯定律：[(i)+ (ii)]÷2，整理可得：兩個(gè)方程相加除以2即可得到CO(g)+O2(g)CO2(g)+O(g) 的△H=-33.5 kJ/mol；

②某時(shí)刻該反應(yīng)體系中各物質(zhì)濃度滿足：c(CO)·c(O2)=c(CO2)·c(O)，則Qc==1>K=0.40，則反應(yīng)向左進(jìn)行；

(3)①2min內(nèi)O的濃度增大0.6×10-6 mol/L，則CO2的濃度減小0.6×10-6 mol/L，則v(CO2)==3×10-7 mol/(L·min)；

②在反應(yīng)開始時(shí)n(CO2)=1 mol，設(shè)生成的O2為x mol，則平衡時(shí)n(O2)=x mol，n(CO)=2x mol，n(CO2)=(1-2x) mol，由于平衡時(shí)，氧氣的體積分?jǐn)?shù)為0.2，則=0.2，解得x=0.002，此時(shí)容器體積為1 L，則c(CO2) =0.996 mol/L，c(CO)=0.004 mol/L，c(O2)=0.002 mol/L，所以該反應(yīng)的化學(xué)平衡常數(shù)K= mol/L≈3.2×10-8 mol/L；

(4)①表中數(shù)據(jù)可知，相同條件下甲醇的含量最高時(shí)催化劑效果最好，所以甲醇含量88%最高，催化劑CuO-ZnO-ZrO2最佳，故合理選項(xiàng)是B

圖3中a、b、c、d四點(diǎn)是該溫度下CO平衡轉(zhuǎn)化率的必須是平衡狀態(tài)下的轉(zhuǎn)化率，a、b點(diǎn)反應(yīng)未達(dá)到平衡狀態(tài)，不是平衡轉(zhuǎn)化率，而c、d點(diǎn)是平衡轉(zhuǎn)化率，故合理選項(xiàng)是cd；

②A.使用催化劑CuO-ZnO-ZrO2 加快反應(yīng)速率，但不能使化學(xué)平衡發(fā)生移動(dòng)，因此不能提高CO的平衡轉(zhuǎn)化率，A錯(cuò)誤；

B.該反應(yīng)的正反應(yīng)是放熱反應(yīng)，適當(dāng)降低反應(yīng)溫度，可以使化學(xué)平衡正向移動(dòng)，可增大反應(yīng)物CO的轉(zhuǎn)化率，B正確；

C.增大CO和H2的初始投料比，可增大H2的轉(zhuǎn)化率，CO的轉(zhuǎn)化率減小，C錯(cuò)誤；

D.恒容下，再充入a molCO和3a mol H2，相當(dāng)于增大壓強(qiáng)，中的壓強(qiáng)，化學(xué)平衡向氣體體積減小的正反應(yīng)方向移動(dòng)，CO轉(zhuǎn)化率增大，D正確；

故合理選項(xiàng)是BD。