Question

【題目】CO、CO2是化石燃料燃燒后的主要產物。

(1)將體積比為2：1的CO2和CO混合氣體通入有足量Na2O2固體的密閉容器中，同時不斷地用電火花點燃。將殘留固體溶于水，所得溶液中2c(CO32-)+c(HCO3-)____________c(Na+)（填“>”“<”或“=”） 。

(2)已知：2CO(g)+O2(g)=2CO2(g) △H=-566.0 kJ/mol；鍵能E（o=o）=499.0 kJ/mol

①CO(g)+O2(g)CO2(g)+O(g) 的△H=____________kJ/mol

②已知2500K時，①中反應的平衡常數為0.40。某時刻該反應體系中各物質濃度滿足： c(CO)·c(O2)=c(CO2)·c(O)，則此時反應____________（填向左”或“向右”）進行。

(3)已知：反應CO2(g)CO(g)+O(g)在密閉容器中CO2分解實驗的結果如下圖1；反應2CO2(g)2CO(g)+O2(g)中1molCO2在不同溫度下的平衡分解量如下圖2，

①分析圖1，求2min內v(CO2)=_______。

②分析圖2，1500℃時反應達平衡，此時容器體積為1 L，則反應的平衡常數K=______(計算結果保留1位小數)。

(4)為探究不同催化劑對CO和H2合成CH3OH的選擇性效果，某實驗室控制CO和H2的初始投料比為1：3進行實驗，得到如下數據：

選項	T/K	時間/min	催化劑種類	甲醇的含量(%)
A	450	10	CuO-ZnO	78
B	450	10	CuO-ZnO-ZrO2	88
C	450	10	ZnO-ZrO2	46

①由表1可知，該反應的最佳催化劑為____________（填編號）；圖3中a、b、c、d四點是該溫度下CO的平衡轉化率的是____________。

②有利于提高CO轉化為CH3OH的平衡轉化率的措施有____________。

A. 使用催化劑CuO－ZnO－ZrO2 B. 適當降低反應溫度

C. 增大CO和H2的初始投料比 D. 恒容下，再充入a mol CO和3a mol H2

Answer 1

【答案】< -33.5 向左 3×10-7 mol/(Lmin) 3.2×10-8 mol/L B cd BD

【解析】

(1)碳酸鈉在溶液中水解顯堿性，結合溶液中電荷守恒分析；

(2)①根據蓋斯定律，將已知的熱化學方程式疊加，可得待求反應的熱化學方程式；

②根據Qc與K的相對大小判斷；

(3)①2min內O的濃度增大0.6×10-6 mol/L，則二氧化碳減小0.6×10-6mol/L，根據v(CO2)=計算；

②根據物質反應轉化關系，計算平衡時各種物質的物質的量，利用體積比等于物質的量的比，結合K的含義計算；

(4)①表中數據可知，相同條件下甲醇的含量最高時催化劑效果最好，圖2中a、b、c、d四點是該溫度下CO平衡轉化率的必須是平衡狀態下的轉化率；

②由CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g) △H1=-53.7 kJ/mol可知提高CO2轉化為CH3OH平衡轉化率，應使平衡向正向移動，可降低溫度，增大濃度。

(1) Na2O2與CO2反應：2CO2+2Na2O2=2Na2CO3+O2，電火花不斷引燃，發生反應：2CO+O22CO2，整個過程相當于CO+Na2O2=Na2CO3，由于加入足量的Na2O2固體，則反應后的氣體只能為O2，所以反應后生成物的化學式是Na2CO3、O2；Na2CO3在溶液中水解顯堿性，則c(OH-)>c(H+)。溶液中電荷守恒為：2c(CO32-)+c(HCO3-)+c(OH-)=c(H+)+c(Na+)，由于c(OH-)>c(H+)，所以2c(CO32-)+c(HCO3-)<c(Na+)；

(2)①已知：(i)2CO(g)+O2(g)=2CO2(g) △H=-566.0 kJ/mol；

(ii)O2(g)=2O(g) △H=+499 kJ/mol；

根據蓋斯定律：[(i)+ (ii)]÷2，整理可得：兩個方程相加除以2即可得到CO(g)+O2(g)CO2(g)+O(g) 的△H=-33.5 kJ/mol；

②某時刻該反應體系中各物質濃度滿足：c(CO)·c(O2)=c(CO2)·c(O)，則Qc==1>K=0.40，則反應向左進行；

(3)①2min內O的濃度增大0.6×10-6 mol/L，則CO2的濃度減小0.6×10-6 mol/L，則v(CO2)==3×10-7 mol/(L·min)；

②在反應開始時n(CO2)=1 mol，設生成的O2為x mol，則平衡時n(O2)=x mol，n(CO)=2x mol，n(CO2)=(1-2x) mol，由于平衡時，氧氣的體積分數為0.2，則=0.2，解得x=0.002，此時容器體積為1 L，則c(CO2) =0.996 mol/L，c(CO)=0.004 mol/L，c(O2)=0.002 mol/L，所以該反應的化學平衡常數K= mol/L≈3.2×10-8 mol/L；

(4)①表中數據可知，相同條件下甲醇的含量最高時催化劑效果最好，所以甲醇含量88%最高，催化劑CuO-ZnO-ZrO2最佳，故合理選項是B；

圖3中a、b、c、d四點是該溫度下CO平衡轉化率的必須是平衡狀態下的轉化率，a、b點反應未達到平衡狀態，不是平衡轉化率，而c、d點是平衡轉化率，故合理選項是cd；

②A.使用催化劑CuO-ZnO-ZrO2 加快反應速率，但不能使化學平衡發生移動，因此不能提高CO的平衡轉化率，A錯誤；

B.該反應的正反應是放熱反應，適當降低反應溫度，可以使化學平衡正向移動，可增大反應物CO的轉化率，B正確；

C.增大CO和H2的初始投料比，可增大H2的轉化率，CO的轉化率減小，C錯誤；

D.恒容下，再充入a molCO和3a mol H2，相當于增大壓強，中的壓強，化學平衡向氣體體積減小的正反應方向移動，CO轉化率增大，D正確；

故合理選項是BD。