Question

“霧霾”已成為當(dāng)今世界環(huán)境熱點(diǎn)話題，為減少CO、SO₂、NO_x等氣體的排放，某環(huán)境小組研究使用如下方式．
Ⅰ．使用清潔能，例如二甲醚（ DME）．現(xiàn)由合成氣制備二甲醚的主要原理如下：
①CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）△H₁=-90.7kJ?mol^-1
②2CH₃OH（g）?CH₃OCH₃（g）+H₂O（g）△H₂=-23.5kJ?mol^-1
③CO（g）+H₂O（g）?CO₂（g）+H₂（g）△H₃=-41.2kJ?mol^-1
回答下列問(wèn)題：
（1）則反應(yīng)3H₂（g）+3CO（g）?CH₃OCH₃（g）+CO₂（g）的△H=

 

kJ?mol^-1．
（2）將合成氣以鉀

n(H2)

n(CO)

=2通人1L的反應(yīng)器中，一定條件下發(fā)生反應(yīng)：
4H₂（g）+2CO（g）?CH₃ OCH₃ （g）+H₂ O（g）△H，其CO的平衡轉(zhuǎn)化率隨溫度、壓強(qiáng)變化關(guān)系如圖1所示，下列說(shuō)法正確的是

 

（填字母序號(hào)）．
A．△H＜O
B．P₁＜P₂＜p₃
C．若在p₃和316℃時(shí)，起始n（H₂）/n（ CO）=3，則達(dá)到平衡時(shí)，CO的轉(zhuǎn)化率小于50%
（3）如圖2為綠色“二甲醚燃料電池”的工作原理示意圖，a電極的電極反應(yīng)式為：

 

Ⅱ．利用I₂O₅消除CO污染的反應(yīng)為：5CO（g）+I₂O₅（s）=5CO₂（g）+I₂（s）；不同溫度下，向裝有足量I₂O₅固體的2L恒容密閉容器中通人4mol CO，測(cè)得CO₂的體積分?jǐn)?shù)φ（CO₂）隨時(shí)間t變化曲
線如圖3．請(qǐng)回答：
（1）從反應(yīng)開(kāi)始至a點(diǎn)時(shí)的反應(yīng)速率為v（CO）

 

．
（2）b點(diǎn)時(shí)化學(xué)平衡常數(shù)K_b=

 

．
（3）下列說(shuō)法不正確的是

 

（填字母序號(hào)）．
a．容器內(nèi)氣體密度不變，表明反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)
b．兩種溫度下，c點(diǎn)時(shí)體系中混合氣體的壓強(qiáng)相等
c．增大d點(diǎn)的體系壓強(qiáng)，CO的轉(zhuǎn)化率不變
d．b點(diǎn)和d點(diǎn)的化學(xué)平衡常數(shù)：K_b＜K_d．

Answer 1

考點(diǎn)：熱化學(xué)方程式,化學(xué)平衡的影響因素,化學(xué)平衡的計(jì)算

專(zhuān)題：基本概念與基本理論

分析：Ⅰ．（1）依據(jù)熱化學(xué)方程式和蓋斯定律計(jì)算得到；
（2）A．根據(jù)溫度對(duì)CO的轉(zhuǎn)化率的影響分析；
B．該反應(yīng)正方向?yàn)轶w積減小的方向，根據(jù)壓強(qiáng)對(duì)CO轉(zhuǎn)化率的影響分析；
C．若在P₃和316℃時(shí)，起始時(shí)

n(H 2)

n(CO)

=3，則增大了氫氣的量；
（3）酸性條件下，二甲醚失電子生成二氧化碳；
Ⅱ．（1）起始量和a點(diǎn)時(shí)CO₂的體積分?jǐn)?shù)（即物質(zhì)量分?jǐn)?shù)），列式計(jì)算即可求出從反應(yīng)開(kāi)始至a點(diǎn)時(shí)的反應(yīng)速率為v（CO）；
（2）根據(jù)b點(diǎn)時(shí)CO₂的體積分?jǐn)?shù)φ（CO₂求出平衡濃度[CO]和[CO2]進(jìn)而求出b點(diǎn)時(shí)化學(xué)平衡常數(shù)K_b；
（3）A．因?yàn)闂l件為恒容，而反應(yīng)前后氣體質(zhì)量變化，所以容器內(nèi)氣體密度是變量，當(dāng)不變時(shí)表明反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)；
B．c點(diǎn)為交點(diǎn)，各氣體物質(zhì)的量分別相等；
C．I₂O₅為固體，所以增加投料量對(duì)平衡無(wú)影響；
D．b點(diǎn)比d點(diǎn)時(shí)生成物CO₂體積分?jǐn)?shù)大，說(shuō)明進(jìn)行的程度大，則化學(xué)平衡常數(shù)：K_b＞K_d．

解答： 解：Ⅰ．（1）已知①CO（ g）+2H₂（g）?CH₃OH（ g）△H₁=-90.7kJ?mol^-1，
②2CH₃0H（g）?CH₃0CH₃（g）+H₂0（g）△H₂=-23.5kJ?mol^-1，
③CO（g）+H₂O（g）?CO₂（g）+H₂（g）△H₃=-41.2kJ?mol^-1，
根據(jù)蓋斯定律，①×2+②+③得3CO（g）+3H₂（g）?CH₃OCH₃（g）+CO₂（g）△H=-246.1kJ?mol^-1，
故答案為：-246.1；
（2）A．由圖可知隨溫度升高，CO的轉(zhuǎn)化率降低，說(shuō)明升高溫度平衡逆移，則正方向?yàn)榉艧岱磻?yīng)，故△H＜0，故A正確；
B．該反應(yīng)正方向?yàn)轶w積減小的方向，增大壓強(qiáng)CO的轉(zhuǎn)化率增大，所以P₁＞P₂＞P₃，故B錯(cuò)誤；
C．若在P₃和316℃時(shí)，起始時(shí)

n(H 2)

n(CO)

=3，則增大了氫氣的量，增大氫氣的濃度，平衡正移，CO的轉(zhuǎn)化率增大，所以CO轉(zhuǎn)化率大于50%，故C錯(cuò)誤；
故答案為：A；
（3）酸性條件下，二甲醚在負(fù)極失電子生成二氧化碳，其電極反應(yīng)式為：CH₃OCH₃-12e^-+3H₂O=2CO₂↑+12H⁺；
故答案為：CH₃OCH₃-12e^-+3H₂O=2CO₂↑+12H⁺；
Ⅱ．（1）a點(diǎn)時(shí)：5CO（g）+I₂O₅（s）?5CO₂（g）+I₂（s）
起始量/mol      4                 0
轉(zhuǎn)化量/mol      x                 x
a點(diǎn)量/mol      4-x                x
根據(jù)a點(diǎn)時(shí)CO₂的體積分?jǐn)?shù)φ（CO₂）=

x

4

=0.40，得x=1.6mol
則從反應(yīng)開(kāi)始至a點(diǎn)時(shí)的反應(yīng)速率為v（CO）=

1.6 2

0.5

=1.6mol?L^-1?min^-1，
故答案為：1.6mol?L^-1?min^-1； 
（2）b點(diǎn)時(shí)：5CO（g）+I₂O₅（s）?5CO₂（g）+I₂（s）
起始量/mol    4                 0
轉(zhuǎn)化量/mol    y                 y
b點(diǎn)量/mol   4-y                y
根據(jù)b點(diǎn)時(shí)CO₂的體積分?jǐn)?shù)φ（CO₂）=

y

4

=0.80，得y=3.2mol，[CO]=0.4mol?L^-1，[CO₂]=1.6mol?L^-1
b點(diǎn)時(shí)化學(xué)平衡常數(shù)K_b=

[CO2] 5

[CO] 5

=1024，
故答案為：1024；
（3）a．因?yàn)闂l件為恒容，而反應(yīng)前后氣體質(zhì)量變化，所以容器內(nèi)氣體密度不變時(shí)，表明反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)，故a正確；
b．c點(diǎn)為交點(diǎn)，氣體物質(zhì)的量分別相等，所以?xún)煞N溫度下，體系中混合氣體的壓強(qiáng)不相等，故b錯(cuò)誤；
c．I₂O₅為固體，所以增加投料量對(duì)平衡無(wú)影響，CO的轉(zhuǎn)化率不變，故c錯(cuò)誤；
d．b點(diǎn)比d點(diǎn)時(shí)生成物CO₂體積分?jǐn)?shù)大，說(shuō)明進(jìn)行的程度大，則化學(xué)平衡常數(shù)：K_b＞K_d，故d錯(cuò)誤；
故答案為：bd．

點(diǎn)評(píng)：本題考查了根據(jù)蓋斯定律求焓變、速率、平衡、氧化還原反應(yīng)等問(wèn)題，綜合性較強(qiáng)．