Question

【題目】工業上可以利用廢氣中的CO2為原料制取甲醇。請回答下列問題：

(1) 已知常溫常壓下，下列兩個可逆反應的能量變化如下圖所示：

請寫出左圖反應的平衡常數表達式K= 。

請寫出由二氧化碳和氫氣制備甲醇的熱化學方程式 。

(2) 如果只改變一個條件使上述反應方程式的平衡常數K值變大，則該反應________(選填編號)。

A．一定向正反應方向移動 B．在平衡移動時，正反應速率先增大后減小

C．一定向逆反應方向移動 D．在平衡移動時，逆反應速率先減小后增大

(3) 在其他條件不變的情況下，將容器體積壓縮到原來的1/2，與原平衡相比，下列有關說法正確的是________(填字母)。

A．H2的濃度減小 B．正反應速率加快，逆反應速率也加快

C．甲醇的物質的量增加 D．重新平衡時，n(H2)/n(CH3OH)增大

(4) 保持溫度和體積不變，通入1molCO2和3molH2，下列能說明該反應已達平衡狀態的是________(填字母)。

A．n(CO2)∶n(H2)∶n(CH3OH)∶n(H2O)＝1∶3∶1∶1

B．容器內壓強保持不變

C．H2的消耗速率與CO2的消耗速率之比為3∶1

D．容器內氣體的平均相對分子質量保持不變

(5) 若反應容器的容積為2.0 L，反應時間4.0 min，容器內氣體的密度減少了2.0 g·L-1。在這段時間內CO2的平均反應速率為_______________

(6) 有人設計甲醇-空氣燃料電池電源，用石墨作電極電解200 mL含有下列離子的溶液：

離子	Cu2+	H+	Cl-	SO
c/(mol·L-1)	0.5	2	2	0.5

電解一段時間后，標況下當兩極收集到相同體積的氣體時，陽極上收集到氧氣的質量為____________(忽略溶液體積的變化及電極產物可能存在的溶解現象)。也有人用此電源利用電解法制備Na2FeO4，陽極材料為鐵，其電解質溶液用NaOH溶液，陽極反應式為 。

Answer 1

【答案】

(1)K=；CO2(g)+3H2(g)CH3OH(l)+H2O(l) ΔH＝-50kJ·mol-1；

(2)AD；(3)BC；(4)BD；(5)0.01mol·(L·min)-1；

(6)3.2g；Fe-6e-+8OH-=FeO42-+4H2O

【解析】

試題分析：(1)圖1中的熱化學方程式為①CO(g)+H2O(l)=CO2(g)+H2(g)△H=-41kJ/mol，平衡常數表達式為K=；②CO(g)+2H2(g)=CH3OH(l)△H=-(510-419)kJ/mol=-91KJ/mol，由②-①得：CO2(g)+3H2(g)=CH3OH(l)+H2O(l)△H=-50KJ/mol；

(2)如果反應方程式CO2+3H2CH3OH+H2O的平衡常數K值變大，則需要降低溫度，A．降低溫度，平衡一定向正反應方向移動，故A正確；B．降低溫度后，正逆反應速率都減小，正反應速率在達到平衡前始終在減小，故B錯誤；C．平衡常數變大，反應物濃度減小，生成物濃度增大，則化學平衡一定向正反應方向移動，故C錯誤；D．化學平衡常數變大，需要降低溫度，則正逆反應速率都減小，由于平衡向著正向移動，則逆反應速率先減小后增大，故D正確；故答案為：AD；

(3) 根據CO2+3H2CH3OH+H2O，在其他條件不變的情況下，將容器體積壓縮到原來的1/2，壓強增大，平衡正向移動，所有物質的濃度均增大，A．H2的濃度增大，錯誤；B．增大壓強，反應速率加快，正反應速率加快，逆反應速率也加快，正確；C．平衡正向移動，甲醇的物質的量增加，正確；D．平衡正向移動，重新平衡時，n(H2)/n(CH3OH)減小，錯誤；故選BC；

(4) A．平衡時，各物質的濃度不變，但n(CO2)∶n(H2)∶n(CH3OH)∶n(H2O)＝1∶3∶1∶1不表示物質的量不變，不能表示已達平衡狀態，錯誤；B．該反應屬于氣體的物質的量發生變化的反應，容器內壓強保持不變，說明物質的量不變，能夠說明已達平衡狀態，正確；C．H2的消耗速率與CO2的消耗速率都表示正反應速率，不能表示已達平衡狀態，錯誤；D容器內氣體的質量不變，物質的量發生變化，因此容器內氣體的平均相對分子質量保持不變，能夠說明已達平衡狀態，正確；故選BD；

(5) 若反應的容器容積為2.0L，反應時間4.0min，容器內氣體的密度減小了2.0g/L，則氣體減小的質量為：2.0g/L×2.0L=4.0g，

CO2(g)+3H2(g)=CH3OH(l)+H2O(l) 氣體減少質量△m

1mol 50

n 4.0g

反應消耗的二氧化碳的物質的量為：n==0.08mol，

在4min內C02的平均反應速率為：=0.01mol．L-1．min-1，故答案為：0.01 mol·(L·min)-1；

(6) 電解過程中，開始陰極是Cu2+放電生成Cu，沒有氣體生成，陽極是Cl-放電生成Cl2，電解一段時間后，標況下當兩極收集到相同體積的氣體，說明陽極上氫離子放電生成H2，由于氫離子、氯離子濃度相等，則二者物質的量相等，等量的氫離子、氯離子放電生成氫氣、氯氣體積相等，根據電子轉移守恒，氯離子放電完畢時，氫離子有剩余，二者最終兩極生成氫氣體積相等，故陽極上氯離子放電完畢，且氫氧根離子放電，溶液中含有n(Cu2+)=0.5mol/L×0.2L=0.1mol，n(Cl-)=2mol/L×0.2L=0.4mol，根據氯原子守恒可知生成氯氣為0.2mol，設生成氧氣為x mol，則生成氫氣為(x+0.2)mol，根據電子轉移守恒：0.1mol×2+(x+0.2)mol×2=0.2mol×2+x mol×4，解得x=0.1，故生成氧氣的質量為0.1mol×32g/mol=3.2g，用此電源利用電解法制備Na2FeO4，陽極材料為鐵，其電解質溶液用NaOH溶液，陽極反應式為Fe-6e-+ 8OH-= FeO42-+ 4H2O，故答案為：3.2 g；Fe-6e-+ 8OH-= FeO42-+ 4H2O