Question

【題目】研究CO和CO2的利用對促進低碳社會的構建具有重要意義。請回答下列問題：

(1)利用CO和H2在一定條件下可合成甲醇，發生反應： CO(g)+ 2H2(g) CH3OH(g)，其兩種反應過程中能量的變化曲線如圖中a、b所示，下列說法正確的是_____(填字母)。

A.上述反應的△H= -91 kJ·mol-1

B.該反應自發進行的條件為高溫

C. b過程使用催化劑后降低了反應的活化能和H

D. b過程的反應速率：第Ⅱ階段＞第Ⅰ階段

(2)若反應CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)在溫度不變且體積恒定為1L密閉容器中發生，反應過程中各物質的物質的量隨時間變化見表所示：

時間/min	0	5	10	15
H2	4		2
CO	2			1
CH3OH(g)	0	0.7

①下列各項能作為判斷該反應達到平衡標志的是_______(填字母)

A.2v正(H2)=v逆(CH3OH)

B. CO與CH3OH的物質的量之比保持不變

C.混合氣的平均相對分子質量保持不變

D.混合氣體的密度保持不變

②若起始壓強為P0kPa，反應速率若用單位時間內分壓的變化表示，則10 min內H2的反應速率v(H2)=_____kPa/min；該溫度下反應的平衡常數Kp=______。(分壓=總壓×物質的量分數)。

(3)甲和乙兩個恒容密閉容器的體積相同，向甲中加入1 mol CO和2 mol H2，向乙中加入2 mol CO和4 molH2，測得不同溫度下CO的平衡轉化率如圖所示，則L、M兩點容器內平衡常數：K(M)_____ K(L)； 壓強：p(M)__2p(L)。(填“＞”“<”或“=”)

(4)以納米二氧化鈦為工作電極，稀硫酸為電解質溶液，在一定條件下通入CO2進行電解，在陰極可制得低密度聚乙烯()。電解時，陰極的電極反應式是_________。

Answer 1

【答案】AD BC kPa-2（可不帶單位） ＜ ＞ 2nCO2+12ne－+12nH+=+4nH2O

【解析】

(1)A.對于反應CO(g)+ 2H2(g) CH3OH(g)，根據反應過程中能量的變化圖可得△H=正反應的活化能-逆反應的活化能=419 kJ·mol-1-510 kJ·mol-1= -91 kJ·mol-1，A項正確；

B.該反應正向是氣體粒子數目減小的反應，屬于熵減過程△S＜0，根據△G=△H-T△S，△G＜0可自發，需要低溫環境才可以自發，B項錯誤；

C.b過程使用催化劑后降低了反應的活化能，但是H只與反應始末狀態有關，與反應途徑無關，H故不變，C項錯誤；

D.b過程中第I階段正反應活化能較高，故活化分子的百分含量較低，因此化學反應速率較慢，b過程的反應速率：第I階段＜第Ⅱ階段，D項正確。

故說法正確的選AD。

(2) ①A.對于反應CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)，當v正(H2)=2v逆(CH3OH)時，反應到達平衡，2v正(H2)=v逆(CH3OH)，正逆反應各物質速率不成比例，未達到平衡，故A項錯誤；

B.反應物CO與生成物CH3OH的物質的量之比從開始反應逐漸減小，若保持不變可以說明達到平衡，B項正確；

C.混合氣的平均相對分子質量數值上等于摩爾質量M=，因為質量守恒m不變，該反應正向是氣體粒子數目較小方向，n會減小，M會增大，達到平衡之后M不變，故C項正確；

D.混合氣體的密度=，m不變容器體積固定，則混合氣體的密度是個定值，一直不變，不能做平衡的判定依據，D項錯誤；

故能作為判斷該反應達到平衡標志的是BC；

②同溫1L容器中，氣體的物質的量與壓強呈正比，初始加入2 mol CO和4 molH2，混合氣體共6mol，起始壓強為P0kPa，則起始氫氣的分壓P0kPa，反應10 min H2的物質的量為2mol，是原來氫氣物質的量的一半，反應10 min H2的分壓P0kPa，故10 min內H2的反應速率v(H2)== = kPa/min；反應10 min H2的物質的量為2mol，CO的物質的量為1mol，生成的甲醇為1mol，混合氣體共4mol，那么H2的物質的量分數0.5，CO和甲醇的物質的量分數均為0.25。反應15min和反應10min數據一樣，故10min已經達到平衡。由于氣體的物質的量與壓強呈正比，故==，得= kPa，則平衡時H2的分壓P=0.5×= kPa，同理P= P=0.25×= kPa，該溫度下平衡常數Kp=== kPa-2；

(3)根據CO的平衡轉化率-T-P圖分析，其他條件不變（觀察甲或者乙），升高溫度，CO的平衡轉化率降低，根據平衡移動原理該可逆反應的正反應是放熱的，則K值隨溫度升高而降低，由于甲和在在溫度不變的時候平衡常數是相同的，故L、M兩點容器內平衡常數：K(M)＜K(L)；向甲中加入1 mol CO和2 mol H2，向乙中加入2 mol CO和4 molH2，在相同轉化率的情況下，平衡時刻乙的總物質的量等于甲總物質的量的2倍，由氣體狀態方程PV=nRT，溫度越高氣體的壓強越大，故壓強：p(M)＞2p(L)；

(4)通入CO2進行在硫酸電解質中電解，在陰極可制得低密度聚乙烯()，2nCO2→，碳元素化合價從+4降到-2，每個碳得6個電子，2nCO2共得12n個電子，則陰極的電極反應式是2nCO2+12ne－+12nH+=+4nH2O。