Question

隨著人類對溫室效應和資源短缺等問題的重視，如何降低大氣中CO₂的含量及有效地開發利用CO₂，引起了各國的普遍重視．目前工業上有一種方法是用CO₂來生產燃料甲醇．一定條件下，在體積為3L的密閉容器中，一氧化碳與氫氣反應生成甲醇（催化劑為Cu₂O/ZnO）：
CO（g）+2H₂（g）CH₃OH（g）
根據題意完成下列各題：反應達到平衡時，
（1）平衡常數表達式K=

c(CH3OH)

c(CO)?c2(H2)

，升高溫度，K值

減小

（填“增大”、“減小”或“不變”）．
（2）在500℃，從反應開始到平衡，氫氣的平均反應速率v（H₂）=

2nB

3tB

mol?（L?min）^-1

（用 n_B t_B 表示）
（3）在其他條件不變的情況下，對處于E點的體系體積壓縮到原來的

1

2

，下列有關該體系的說法正確的是

bc

a．氫氣的濃度減少
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）據研究，反應過程中起催化作用的為Cu₂O，反應體系中含少量CO₂有利于維持催化劑Cu₂O的量不變，原因是：

Cu₂O+CO2Cu+CO₂

（用化學方程式表示）．
（5）使用燃料電池是節能減排的重要手段之一．CO和H₂（俗稱水煤氣）燃料電池就是其中的一種，該電池的兩極分別通入燃料氣（水煤氣）和氧氣．電解質是摻雜了Y₂O₃的ZrO₂晶體，它在高溫下能傳導O^2-．水煤氣在一定條件下可以合成二甲醚，同時還產生一種可以參與大氣循環的無機化合物，3CO+3H₂=CH₃OCH₃+CO₂ 或 2CO+4H₂=CH₃OCH₃+H₂O．上述水煤氣燃料電池的負極反應方程式：（寫1個）

CO+O^2--2e^-=CO₂ H₂+O^2--2e^-=2H₂O

．
（6）如圖是丙烷、二甲醚燃燒過程中能量變化圖，其中x為各自反應中對應的系數．根據該圖寫出二甲醚燃燒的熱化學方程式：

CH₃OCH₃（g）+3O₂（g）

點燃

2CO₂（g）+3H₂O（l）△H=-1455kJ?mol^-1

Answer 1

分析：（1）平衡常數等于生成物的濃度冪之積除以反應物的濃度冪之積，溫度升高時，甲醇的物質的量減小，說明升高溫度平衡向逆反應方向移動；
（2）根據甲醇的反應速率計算氫氣的反應速率；
（3）在其他條件不變的情況下，對處于E點的體系體積壓縮到原來的

1

2

，體系的壓強增大，正逆反應速率增大，平衡向正反應方向移動，甲醇的物質的量增加，由于溫度不變，則平衡常數不變，達新平衡時，雖然氫氣反應一部分，但由于體積的影響大于平衡移動的影響，則氫氣的濃度增大；
（4）Cu₂O能被CO還原生成CO₂和Cu，該反應為可逆反應；
（5）CO和H₂都具有還原性，為燃料電池的負極，被氧化失去電子生成CO₂和H₂O，結合電解質書寫電極反應式；
（6）根據生成1mol水放出的熱量計算反應熱．

解答：解：（1）平衡常數等于生成物的濃度冪之積除以反應物的濃度冪之積，根據反應方程式可知，平衡常數為K=

c(CH3OH)

c(CO)?c2(H2)

，由圖象可知，當溫度升高時，甲醇的物質的量減小，說明升高溫度平衡向逆反應方向移動，則平衡常數減小，
故答案為：K=

c(CH3OH)

c(CO)?c2(H2)

； 減小；
（2）由圖象可知，時間達到t_B時，甲醇的物質的量為n_B，則甲醇的反應速率為v（CH₃OH）=

nB

3tB

mol?（L?min）^-1，由方程式可知v（H₂）=2v（CH₃OH）=

2nB

3tB

mol?（L?min）^-1，
故答案為：

2nB

3tB

mol?（L?min）^-1；
（3）在其他條件不變的情況下，對處于E點的體系體積壓縮到原來的

1

2

，體系的壓強增大，正逆反應速率增大，平衡向正反應方向移動，甲醇的物質的量增加，由于溫度不變，則平衡常數不變，達新平衡時，雖然氫氣反應一部分，但由于體積的影響大于平衡移動的影響，則氫氣的濃度增大，
故答案為：bc；
（4）Cu₂O能被CO還原生成CO₂和Cu，該反應為可逆反應，反應體系中通入少量CO₂有利于維持催化劑Cu₂O的量不變，反應為Cu₂O+CO 2Cu+CO₂，
故答案為：Cu₂O+CO2Cu+CO₂；
（5）CO和H₂都具有還原性，為燃料電池的負極，被氧化失去電子生成CO₂和H₂O，電極反應為CO+O^2--2e^-=CO₂，或H₂+O^2--2e^-=2H₂O，
故答案為：CO+O^2--2e^-=CO₂，H₂+O^2--2e^-=2H₂O；
（6）由圖象可知生成1mol水時，二甲醚燃燒放出485KJ的熱量，則生成3mol水，放出的熱量為3×485KJ=1455KJ，
所以熱化學方程式為CH₃OCH₃（g）+3O₂（g）

點燃

2CO₂（g）+3H₂O（l）△H=-1455kJ?mol^-1，
故答案為：CH₃OCH₃（g）+3O₂（g）

點燃

2CO₂（g）+3H₂O（l）△H=-1455kJ?mol^-1．

點評：本題考查較為綜合，題目難度較大，本題注意（4）為易錯點．