Question

【題目】目前工業(yè)上有一種方法是用CO2生產(chǎn)燃料甲醇。一定條件下發(fā)生反應(yīng)CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)，圖甲表示該反應(yīng)過程中能量的變化。

(1)在固定容積的密閉容器內(nèi)，下列能說明該反應(yīng)已經(jīng)達(dá)到平衡狀態(tài)的是______。

A．單位時(shí)間內(nèi)生成n mol CO2的同時(shí)生成 3n molH2

B．容器內(nèi)氣體壓強(qiáng)保持不變

C．v逆(CO2)＝v正(CH3OH)

D．1mol CH3OH中H—O鍵斷裂的同時(shí)2mol C=O鍵斷裂

E．混合氣體的密度不再改變的狀態(tài)

F．混合氣體的平均相對(duì)分子質(zhì)量不變

(2)在體積為1 L的密閉容器中，充入1mol CO2和3mol H2，測(cè)得CO2和CH3OH(g)的濃度隨時(shí)間變化如圖乙所示。從反應(yīng)開始到平衡，用氫氣濃度變化表示的平均反應(yīng)速率v(H2)＝_______。容器內(nèi)平衡時(shí)與起始時(shí)的壓強(qiáng)之比為________。平衡時(shí) CO2的轉(zhuǎn)化率為________，平衡時(shí)CH3OH的體積分?jǐn)?shù)為__________。

(3)下圖是科學(xué)家正在研發(fā)的，以實(shí)現(xiàn)上述反應(yīng)[CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)]在常溫常壓下進(jìn)行的裝置。寫出甲槽的電極反應(yīng)式：_____________________。

Answer 1

【答案】BCDF 0.225 mol/(L·min) 0.625(5:8) 75％ 30％(3/10) CO2+6e-+6H+=CH3OH+H2O

【解析】

(1)A．只要反應(yīng)進(jìn)行單位時(shí)間內(nèi)生成n mol CO2的同時(shí)就會(huì)生成 3n molH2，故A不選；

B．該反應(yīng)前后氣體系數(shù)之和不相等，容器容積恒定，所以未平衡時(shí)容器內(nèi)氣體的物質(zhì)的量會(huì)變，即壓強(qiáng)會(huì)變，所以壓強(qiáng)不變時(shí)說明反應(yīng)平衡，故B選；

C．平衡時(shí)v逆(CO2)＝v正(CO2) ，而v正(CO2)=v正(CH3OH)，所以v逆(CO2)＝v正(CH3OH)說明正逆反應(yīng)速率相等，反應(yīng)達(dá)到平衡，故C選；

D．1mol CH3OH中H—O鍵斷裂的同時(shí)2mol C=O鍵斷裂，即正逆反應(yīng)速率相等，反應(yīng)達(dá)到平衡，故D選；

E．反應(yīng)物和生成物均為氣體，所以氣體總質(zhì)量不變，容器容積恒定，即氣體總體積不變，所以混合氣體的密度一直不變，故E不選；

F．該反應(yīng)前后氣體系數(shù)之和不相等，所以未平衡時(shí)容器內(nèi)氣體的物質(zhì)的量會(huì)變，而氣體總質(zhì)量不變，所以平均相對(duì)分子質(zhì)量會(huì)變，故F選；綜上所述選BCDF。

(2)據(jù)圖可知10min后二氧化碳和甲醇的濃度不再改變，說明反應(yīng)達(dá)到平衡，此時(shí)△c(CH3OH)=0.75mol/L，根據(jù)反應(yīng)方程式可知該時(shí)段內(nèi)△c(H2)=2.25mol/L，所以v(H2)＝=0.225 mol/(L·min)；平衡時(shí)△c(H2)=2.25mol/L，容器體積為1L，則平衡時(shí)容器內(nèi)n(H2)＝3mol-2.25mol=0.75mol，據(jù)圖可知n(CO2)＝0.25mol，n(CH3OH)=0.75mol，根據(jù)方程式可知n(H2O)＝0.75mol，容器體積恒定，所以壓強(qiáng)之比等于氣體物質(zhì)的量之比，所以平衡時(shí)與起始時(shí)壓強(qiáng)之比為=0.625(5:8)；二氧化碳的轉(zhuǎn)化率為=75%；氣體的體積分?jǐn)?shù)即物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)，所以甲醇的體積分?jǐn)?shù)為=30%；

(3)甲槽通入二氧化碳，根據(jù)該裝置的目的可知得到的產(chǎn)物應(yīng)為甲醇，二氧化碳得電子發(fā)生還原反應(yīng)，電極方程式為CO2+6e-+6H+=CH3OH+H2O。