Question

【題目】CO2是造成全球氣候變暖的主要氣體，同時也是一種來源豐富、價格低廉的碳資源。中科院福建物構所謝奎及其團隊利用電能將CO2高效轉化為CO，CO和H2可生產(chǎn)優(yōu)質燃料和多種化工產(chǎn)品，實現(xiàn)碳資源的循環(huán)利用。

（1）已知反應過程中能量變化如下表和曲線圖所示：

反應	A	C	Ea1(kJ/mol)	Ea2(kJ/mol)	ΔH(kJ/mol)
①	2CO(g)+O2(g)	2CO2(g)	？	2389	-566
②	2H2(g)+O2(g)	2H2O(l)	1480	？	-571.6
③	2CH3OH(l)+3O2(g)	2CO2(g)+4H2O(l)	3026	4478	ΔH3

反應③ 的ΔH3=_________kJ/mol。

CO(g) + 2H2(g) CH3OH(l) ΔH4=_______kJ/mol；此反應中，有利于提高H2平衡轉化率的條件是_______（填字母）。

A．高溫低壓 B．低溫高壓

C．高溫高壓 D．低溫低壓

（2）在不同的電壓下，CO2、H2O混合電解轉化為CO、H2的電流效率如圖所示（注：電流效率×100%）：

①由圖可知生成CO和H2有相互/span>_______（填“促進”、“抑制”或“無影響”）作用。

②用此法生產(chǎn)的CO和H2合成CH3OH，為使CO和H2利用率最高，電解時應控制電壓在________ V左右（選填5、15、23、25、30）。

（3）在300℃時，將0.60molCO、1.40molH2充入4L密閉容器中，在恒溫恒容下發(fā)生反應CO(g) + 2H2(g) CH3OH(g) △H<0，甲醇的物質的量濃度隨時間的變化如圖所示：

①圖中判斷反應到達平衡狀態(tài)的依據(jù)是________________。

② 5min內H2的平均反應速率v(H2) ＝________mol/(Lmin)。

③ 若在500℃條件下，將1.00molCO、0.50mol H2和0.50mol CH3OH充入容積為2L的密閉容器中，此時反應將_______（填字母）。

A．正反應方向反應 B．逆反應方向反應

C．達到平衡 D．無法判斷

Answer 1

【答案】-1452 -128.6 B 抑制 25 CH3OH濃度保持不變或不再隨時間變化 0.02 B

【解析】

(1)根據(jù)ΔH3=反應物的活化能-生成物的活化能計算反應③的ΔH3，然后根據(jù)蓋斯定律計算ΔH4；根據(jù)影響化學平衡的因素分析判斷提高H2平衡轉化率的方法；

(2)①由圖可知，生成CO越少，生成H2越多，據(jù)此解答；

②根據(jù)方程式CO(g) + 2H2(g) CH3OH(l)分析判斷使CO和H2利用率最高的電壓；

(3)①根據(jù)反應到達平衡狀態(tài)的特征分析解答；

② 首先計算5min內甲醇的平均反應速率，再根據(jù)化學反應速率之比=化學計量數(shù)之比計算v(H2)；

③先計算300℃時的平衡常數(shù)K，該反應為放熱反應，升高溫度，平衡逆向移動，K減小；再計算500℃條件下，將1.00molCO、0.50mol H2和0.50mol CH3OH充入容積為2L的密閉容器中的Qc，根據(jù)Qc與K的大小，判斷平衡移動的方向。

(1)反應③的ΔH3=反應物的活化能-生成物的活化能=(3026)-(4478)=-1452 kJ/mol；根據(jù)表格數(shù)據(jù)，①2CO(g)+O2(g)= 2CO2(g) ΔH1=-566 kJ/mol，②2H2(g)+O2(g)= 2H2O(l) ΔH2=-571.6 kJ/mol，③2CH3OH(l)+3O2(g)→2CO2(g)+4H2O(l) ΔH3=-1452 kJ/mol，根據(jù)蓋斯定律，將(①+②×2-③)×得：CO(g) + 2H2(g) CH3OH(l) ΔH4=×[(-566)+(-571.6)×2-(-1452)]kJ/mol=-128.6 kJ/mol；該反應為氣體體積減小的放熱反應，低溫高壓能夠使平衡正向移動，有利于提高H2平衡轉化率，故答案為：-1452； -128.6；B；

(2)①由圖可知，生成CO越少，生成H2越多，生成CO和H2有相互抑制的作用，故答案為：抑制；

②根據(jù)方程式CO(g) + 2H2(g) CH3OH(l)可知，為使CO和H2利用率最高，電解時應控制電壓在25 V左右，故答案為：25；

(3)①5min時CH3OH濃度保持不變或不再隨時間變化，說明反應到達平衡狀態(tài)，故答案為：CH3OH濃度保持不變或不再隨時間變化；

② 5min內甲醇的平均反應速率==0.01 mol/(Lmin)，則v(H2) ＝2v (CH3OH)= 0.02mol/(Lmin) ，故答案為：0.02；

③在300℃時，將0.60molCO、1.40molH2充入4L密閉容器中，平衡時甲醇的物質的量濃度為0.05 mol/L，物質的量為0.2mol，則反應的CO和H2分別為0.2mol、0.4mol，平衡時CO和H2物質的量濃度分別為 mol/L = 0.1mol/L， mol/L = 0.25mol/L，此時平衡常數(shù)K==8，該反應為放熱反應，升高溫度，平衡逆向移動，K減��；在500℃條件下，將1.00molCO、0.50mol H2和0.50mol CH3OH充入容積為2L的密閉容器中，此時CO、H2和CH3OH的濃度分別為0.5 mol/L、0.25 mol/L、0.25 mol/L，Qc==8＞K，平衡逆向移動，故選B。