Question

【題目】科學家對一碳化學進行了廣泛深入的研究并取得了一些重要成果。

（1）目前工業上有一種方法是用CO2和H2在230℃催化劑條件下轉化生成甲醇蒸汽和水蒸氣。下圖表示恒壓容器中0.5molCO2和1.5molH2轉化率達80%時的能量變化示意圖。寫出該反應的熱化學方程式：__________________。

（2）現向三個體積均為2L的恒容密閉容器Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ中均分別充入lmolCO和2molH2發生反應：CO(g)+2H2(g)CH3OH(g) △H1=-90.1kJ/mol。三個容器的反應溫度分別為T1、T2、T3且恒定不變，當反應均進行到5min時H2的體積分數如圖所示，其中只有一個容器中的反應己經達到平衡狀態.

① 三個容器中一定達到平衡狀態的是容器_____（填序號，下同）

②0～5min時間內容器I中用CH3OH表示的化學反應速率為__________。

③ 當三個容器中的反應均達到平衡狀態時CO 的轉化率最高的是容器_____；平衡常數最小的是容器______。

（3）CO常用于工業冶煉金屬．右下圖是在不同溫度下CO還原四種金屬氧化物達平衡后氣體中lg[]與溫度（t）的關系曲線圖。下列說法正確的是_______。

A.工業上可以通過增高反應裝置來延長礦石和CO接觸的時間，減少尾氣中CO的含量

B.CO不適宜用于工業冶煉金屬鉻（Cr）

C.工業冶煉金屬銅（Cu）時較低的溫度有利于提高CO的利用率

D.CO還原PbO2的反應△H>O

（4）某工廠工業廢水中含有甲醛，該廠降解甲醛的反應機理如圖所示，則X表示的粒子是____，總反應的化學方程式為_________。

Answer 1

【答案】 CO2（g）+3H2（g）CH3OH（g）+H2O（g） △H＝-49kJ/mol Ⅲ 0．067 mol/（L·min） I Ⅲ BC（ HCO3- ,HCHO+O2CO2+H2O

【解析】（1）由恒壓容器中0.5molCO2和1.5molH2轉化率達80%時的能量變化示意圖可知，0.5molCO2和1.5molH2轉化率達80%時的能量變化為3.4kJ/mol-23kJ/mol=19.6kJ/mol,由此求出1molCO2和3molH2轉化率達100%時的能量變化為49kJ/mol，所以該反應的熱化學方程式為CO2（g）+3H2（g）CH3OH（g）+H2O（g） △H＝-49kJ/mol。

（2）由圖像可知，T3>T2>T1,所以反應前5min的平均速率為III>II>I，從速率方面講，最先到達平衡狀態的一定是III，由于該反應△H1<0為放熱反應，該反應的化學平衡常數隨溫度升高而減小，所以從反應限度方面講，最先到達平衡狀態的也一定是III。

① 三個容器中一定達到平衡狀態的是容器III。

②設0～5min時間內容器I中CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)氫氣的轉化率為x

起始量（mol） 1 2 0

變化量（mol） x 2 x

5min量（mol） 1- x 2-2x x

由氫氣的體積分數為0.4=，解之得x=0.67，則用CH3OH表示的化學反應速率為 =0．067 mol/（L·min） 。

③ 當三個容器中的反應均達到平衡狀態時，KI>KII>KIII，CO 的轉化率最高的是容器I；平衡常數最小的是容器III。

（3）在平衡體系中，lg[]的值越小，說明反應的CO的轉化率越高，金屬氧化物越容易被還原，反之則越低，金屬氧化物越難被還原。由達平衡后氣體中lg[]與溫度（t）的關系曲線圖可知：A.工業上可以通過增高反應裝置來延長礦石和CO接觸的時間，減少尾氣中CO的含量，這個說法不正確，在平衡狀態下，CO的百分含量是保持不變的；B.由圖可知，即使在1300℃，lg[]>2， >102，則Cr2O3（s）+3CO(g)2Cr(s)+3CO2(g),K= <10-6，所以CO不適宜用于工業冶煉金屬鉻（Cr）是正確的；C.由圖可知，在較低的溫度下，lg[]的值較小，所以工業冶煉金屬銅（Cu）時較低的溫度有利于提高CO的利用率是正確的；D.由圖像可知，CO還原PbO2的反應中lg[]的值隨溫度升高而增大，說明該反應的化學平衡常數隨溫度升高而減小，所以該反應為放熱反應，△H<O ,D不正確。綜上所述BC正確。

（4）由圖可知，-CHO與O2-反應后生成X，而X與H+反應生成的是CO2，所以X表示的粒子是HCO3-，總反應的化學方程式為,HCHO+O2CO2+H2O。