Question

【題目】研究表明，在CuZnO2催化劑存在下，CO2和H2可發(fā)生兩個平行反應(yīng)，分別生成CH3OH和CO，反應(yīng)的熱化學(xué)方程式如下：

CO2（g）+3H2（g）CH3OH（g）+H2O（g） △H1 平衡常數(shù)K1 反應(yīng)Ⅰ

CO2（g）+H2（g）CO（g）+H2O（g） △H2 =+41.2kJmol-1 平衡常數(shù)K2 反應(yīng)Ⅱ

(1)一定條件下，將n（CO2）: n（H2）=1：1的混合氣體充入絕熱恒容密閉容器中發(fā)生反應(yīng)。下列事實可以說明反應(yīng)CO2（g）+3H2（g）CH3OH（g）+H2O（g）已達到平衡的是_______

A 容器內(nèi)氣體密度保持不變 B CO2體積分?jǐn)?shù)保持不變

C 該反應(yīng)的平衡常數(shù)保持不變 D 混合氣體的平均相對分子質(zhì)量不變

（2）研究證實，CO2也可在酸性水溶液中通過電解生成甲醇，則生成甲醇的反應(yīng)的電極反應(yīng)式是___________________。

（3）反應(yīng)CO（g）+2H2（g）CH3OH（g）的平衡常數(shù)K3=____________（用K1和K2表示）。

（4）在恒壓密閉容器中，由CO2和H2進行反應(yīng)I合成甲醇，在其它條件不變的情況下，探究溫度對化學(xué)平衡的影響，實驗結(jié)果如圖。

①△H1_________0（填“＞”、“＜”或“=”）

②有利于提高CO2平衡轉(zhuǎn)化率的措施有___________（填標(biāo)號）。

A．降低反應(yīng)溫度

B．投料比不變，增加反應(yīng)物的物質(zhì)的量

C．增大CO2和H2的初始投料比

D．混合氣體中摻入一定量惰性氣體（不參與反應(yīng)）

（5）在T1溫度時，將1.00molCO2和3.00molH2充入體積為1.00L的恒容密閉容器中，容器起始壓強為P0，僅進行反應(yīng)I。

①充分反應(yīng)達到平衡后，若CO2轉(zhuǎn)化率為a，則容器的壓強與起始壓強之比為________（用a表示）。

②若經(jīng)過3h反應(yīng)達到平衡，平衡后，混合氣體物質(zhì)的量為3.00mol，則該過程中H2的平均反應(yīng)速率為____________（保留三位有效數(shù)字）；平衡常數(shù)K可用反應(yīng)體系中氣體物質(zhì)分壓表示，即K表達式中用平衡分壓代替平衡濃度，分壓=總壓×物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)。寫出上述反應(yīng)壓力平衡常數(shù)KP為____________（用P0表示，并化簡）。

Answer 1

【答案】 BCD CO2+6e-+6H+=CH3OH+H2O K1/K2 < A 2-a/2 0.500mol·L-1·h-1 8/ P02

【解析】（1）A、密度是混合氣的質(zhì)量和容器容積的比值，在反應(yīng)過程中質(zhì)量和容積始終是不變的，所以容器內(nèi)氣體密度保持不變不能說明反應(yīng)達到平衡狀態(tài)，A錯誤；B、CO2體積分?jǐn)?shù)保持不變說明反應(yīng)達到平衡狀態(tài)，B正確；C、由于是絕熱容器，所該反應(yīng)的平衡常數(shù)保持不變說明溫度不再發(fā)生變化，反應(yīng)達到平衡狀態(tài)，C正確；D、混合氣的平均相對分子質(zhì)量是混合氣的質(zhì)量和混合氣的總的物質(zhì)的量的比值，質(zhì)量不變，但物質(zhì)的量是變化的，混合氣體的平均相對分子質(zhì)量不變說明反應(yīng)達到平衡狀態(tài)，D正確，答案選BCD；（2）CO2也可在酸性水溶液中通過電解生成甲醇，碳的化合降低發(fā)生還原反應(yīng)，所以生成甲醇的反應(yīng)發(fā)生在陰極，該電極反應(yīng)式是CO2+6e-+6H+=CH3OH+H2O；（3）CO2（g）+3H2（g）CH3OH（g）+H2O（g） △H1 平衡常數(shù)K1 反應(yīng)Ⅰ，CO2（g）+H2（g）CO（g）+H2O（g）△H2 =+41.2kJmol-1 平衡常數(shù)K2 反應(yīng)Ⅱ，所以根據(jù)蓋斯定律CO（g）+2H2（g）CH3OH（g）△H3=△H1-△H2，K3=K1/K2；（4）①圖中T2＞T1，溫度越高水蒸氣的含量越少，平衡逆向移動，所以正反應(yīng)是放熱反應(yīng)，所以△H1＜0；②A．降低反應(yīng)溫度，平衡正向移動，CO2平衡轉(zhuǎn)化率增大，A正確；B．在恒壓密閉容器中，投料比不變，增加反應(yīng)物的濃度，CO2平衡轉(zhuǎn)化率不變，B錯誤；C．增大CO2和H2的初始投料比，二氧化碳轉(zhuǎn)化率降低，而氫的轉(zhuǎn)化率增大，C錯誤；D．混合氣體中摻入一定量惰性氣體，相當(dāng)于減小壓強，平衡逆向移動，二氧化碳轉(zhuǎn)化率降低，C錯誤；答案選A。

（5）① CO2（g）+3H2（g）CH3OH（g）+H2O（g）

c（初）： 1 3 0 0

c（變）：a 3a a a

c（平）：1-a 3-3a a a

所以P0/P＝4/(42a)，則P/P0=(2a)/2；

②平衡后，混合氣體物質(zhì)的量為3.00mol，則反應(yīng)的氫氣的物質(zhì)的量為1.5mol，v=△c/△t

=1.5mol/(1L×3h)=0.5molL-1h-1；

CO2（g）+3H2（g）CH3OH（g）+H2O（g）

c（初）： 1 3 0 0

c（變）： 0.5 1.5 0.5 0.5

c（平）： 0.5 0.5 0.5 0.5

所以K=0.5×0.5/0.5×1.53=0.148（Lmol-1）2；因為：P/P0=1.5/2，所以P=0.75P0，p=P(H2O)P(CH3OH)/P(CO2)P3(H2)= 。