Question

Ⅰ．如何降低大氣中CO₂的含量及有效利用CO₂，目前已引起各國(guó)普遍重視．
（1）工業(yè)上有一種方法是用CO₂來(lái)生產(chǎn)燃料甲醇．為探究反應(yīng)原理，現(xiàn)進(jìn)行如下實(shí)驗(yàn)，在體積為1L的密閉容器中，充入1mol CO₂和3mol H₂，在500℃下發(fā)生反應(yīng)：CO₂（g）+3H₂（g）           CH₃OH（g）+H₂O（g）．實(shí)驗(yàn)測(cè)得CO₂（g）和CH₃OH（g）的濃度隨時(shí)間變化如圖1所示．

①?gòu)姆磻?yīng)開(kāi)始到平衡，氫氣的平均反應(yīng)速率v（H₂）=

0.225mol/（L?min）

；
②圖2是改變溫度時(shí)H₂的化學(xué)反應(yīng)速率隨時(shí)間變化的示意圖，則該反應(yīng)的正反應(yīng)是

放

熱（填“吸”或“放”）反應(yīng)．
③該反應(yīng)的平衡常數(shù)K為

5.33

（保留兩位小數(shù)）．若提高溫度到800℃進(jìn)行，達(dá)平衡時(shí)，K值

減小

（填“增大”、“減小”或“不變”），
④500℃達(dá)平衡時(shí)，CH₃OH的體積分?jǐn)?shù)ω為

0.3

．
（2）在載人航天器的生態(tài)系統(tǒng)中，不僅要求分離去除CO₂，還要求提供充足的O₂．某種電化學(xué)裝置可實(shí)現(xiàn)如下轉(zhuǎn)化：2CO₂=2CO+O₂，CO可用作燃料．已知該反應(yīng)的陽(yáng)極反應(yīng)為：4OH^--4e^-=O₂↑+2H₂O，則陰極反應(yīng)式為

2CO₂+4e^-+2H₂O=2CO+4OH^-

．
Ⅱ．工業(yè)上可利用煤的氣化產(chǎn)物（CO和H₂）合成二甲醚（CH₃OCH₃），其三步反應(yīng)如下：
①2H₂ （g）+CO（g）?CH₃OH （g）△H=-90.8kJ?mol^-1
②2CH₃OH（g）?CH₃OCH₃（g）+H₂O（g）△H=-23.5kJ?mol^-1
③CO（g）+H₂O（g）?CO₂ （g）+H₂（g）△H=-41.3kJ?mol^-1
（3）總合成反應(yīng)的熱化學(xué)方程式為

3H₂（g）+3CO（g）?CH₃OCH₃（g）+CO₂（g）△H=-246.4kJ/mol

．
（4）一定條件下的密閉容器中，上述總反應(yīng)達(dá)到平衡時(shí)，要提高CO的轉(zhuǎn)化率，可以采取的措施是

CE

（填字母代號(hào)）．
A．高溫高壓          B．加入催化劑        C．減少CO₂的濃度   D．增加CO的濃度    E．分離出二甲醚
（5）已知反應(yīng)②2CH₃OH（g）?CH₃OCH₃（g）+H₂O（g）在某溫度下的平衡常數(shù)K=400．此溫度下，在密閉容器中加入CH₃OH，反應(yīng)到某時(shí)刻測(cè)得各組分的濃度如下：

物質(zhì)	CH3OH	CH3OCH3	H2O
c/mol?L-1	0.44	0.60	0.60

此時(shí)，v （正）

＞

 v （逆） （填“＞”、“＜”或“=”）．

Answer 1

分析：Ⅰ（1）①、由圖可知，平衡時(shí)二氧化碳的濃度變化量為1mol/L-0.25mol/L=0.75mol/L，根據(jù)v=

△c

△t

計(jì)算v（CO₂），再利用速率之比等于化學(xué)計(jì)量數(shù)之比計(jì)算v（H₂）；
②、由圖2可知，正、逆反應(yīng)速率都增大，為升高溫度，且逆反應(yīng)速率增大更多，反應(yīng)向逆反應(yīng)進(jìn)行，據(jù)此判斷；
③、利用三段式計(jì)算出反應(yīng)混合物各組分的平衡時(shí)的濃度，代入平衡常數(shù)表達(dá)式計(jì)算；
升高溫度平衡向吸熱反應(yīng)方向移動(dòng)，結(jié)合熱效應(yīng)判斷平衡移動(dòng)方向，據(jù)此分析平衡常數(shù)的變化；
④、利用③中計(jì)算的平衡濃度，根據(jù)體積分?jǐn)?shù)的定義計(jì)算CH₃OH的體積分?jǐn)?shù)；
（2）電池總反應(yīng)式減去陽(yáng)極反應(yīng)式可得陰極反應(yīng)式；
Ⅱ（3）根據(jù)蓋斯定律，由已知熱化學(xué)方程式乘以適當(dāng)?shù)南禂?shù)進(jìn)行加減，構(gòu)造目標(biāo)熱化學(xué)方程式，反應(yīng)熱也乘以相應(yīng)的系數(shù)進(jìn)行相應(yīng)的運(yùn)算；
（4）要提高CO的轉(zhuǎn)化率，應(yīng)使平衡向正反應(yīng)方向移動(dòng)，根據(jù)平衡移動(dòng)原理結(jié)合選項(xiàng)判斷；
（5）計(jì)算此時(shí)的濃度商Qc，與化學(xué)平衡常數(shù)比較判斷反應(yīng)進(jìn)行的方向，據(jù)此確定正、逆速率大小關(guān)系．

解答：解：（1）①、由圖可知，10min到達(dá)平衡時(shí)二氧化碳的濃度變化量為1mol/L-0.25mol/L=0.75mol/L，所以v（CO₂）=

0.75mol/L

10min

=0.075mol/（L?min），速率之比等于化學(xué)計(jì)量數(shù)之比，所以v（H₂）=3v（CO₂）=3×0.075mol/（L?min）=0.225mol/（L?min），故答案為：0.225mol/（L?min）；
②、由圖2可知，正、逆反應(yīng)速率都增大，為升高溫度，且逆反應(yīng)速率增大更多，反應(yīng)向逆反應(yīng)進(jìn)行，故正反應(yīng)為放熱反應(yīng)，故答案為：放；
③、平衡時(shí)二氧化碳的濃度為0.25mol/L，則：
              CO₂（g）+3H₂（g）CH₃OH（g）+H₂O（g）
開(kāi)始（mol/L）：1       3              0          0
變化（mol/L）：0.75    2.25           0.75       0.75
平衡（mol/L）：0.25    0.75           0.75       0.75
故500℃平衡常數(shù)k=

0.75×0.75

0.25×0.753

=5.33，
該反應(yīng)正反應(yīng)是放熱反應(yīng)，升高溫度平衡向逆反應(yīng)移動(dòng)，平衡常數(shù)k值減小，
故答案為：5.33，減��；
④、由③中計(jì)算可知，平衡時(shí)CH₃OH的體積分?jǐn)?shù)ω=

0.75

0.25+0.75+0.75+0.75

=0.3，故答案為：0.3：；
（2）總反應(yīng)式為2CO₂=2CO+O₂，陽(yáng)極反應(yīng)為4OH^--4e^-=O₂↑+2H₂O，總反應(yīng)式減去陽(yáng)極反應(yīng)式得陰極反應(yīng)式，所以陰極反應(yīng)為：2CO₂+4e^-+2H₂O=2CO+4OH^-，
故答案為：2CO₂+4e^-+2H₂O=2CO+4OH^-；
Ⅱ（3）由蓋斯定律可知，通過(guò)①×2+②+③可得3H₂（g）+3CO（g）?CH₃OCH₃（g）+CO₂ （g），則△H=-90.8kJ/mol×2-23.5kJ/mol-41.3kJ/mol=-246.4kJ/mol，
故總合成反應(yīng)的熱化學(xué)方程式為：3H₂（g）+3CO（g）?CH₃OCH₃（g）+CO₂ （g）△H=-246.4kJ/mol，
故答案為：3H₂（g）+3CO（g）?CH₃OCH₃（g）+CO₂ （g）△H=-246.4kJ/mol；
（4）A．由于反應(yīng)放熱，升高溫度平衡向逆反應(yīng)方向移動(dòng)，CO轉(zhuǎn)化率減小，故A錯(cuò)誤；
B．催化劑不影響平衡移動(dòng)，CO轉(zhuǎn)化率不變，故B錯(cuò)誤；
C．減少CO₂的濃度，平衡向正反應(yīng)方向移動(dòng)，CO的轉(zhuǎn)化率增大，故C正確；
D．增加CO的濃度，CO的轉(zhuǎn)化率反而減小，故D錯(cuò)誤；
E．分離出二甲醚，平衡向正反應(yīng)方向移動(dòng)，CO的轉(zhuǎn)化率增大，故E正確；
故答案為：CE；
（5）濃度商Qc=

0.6×0.6

0.442

=1.86＜400，故反應(yīng)向正反應(yīng)方向進(jìn)行，正反應(yīng)速率大于逆反應(yīng)速率，
故答案為：＞．

點(diǎn)評(píng)：本題考查較為綜合，涉及反應(yīng)速率、平衡常數(shù)、平衡移動(dòng)、熱化學(xué)方程式以及電化學(xué)等知識(shí)，題目難度中等，注意（5）中反應(yīng)速率的判斷．