Question

隨著人類對(duì)溫室效應(yīng)和資源短缺等問(wèn)題的重視，如何降低大氣中CO₂的含量及有效地開(kāi)發(fā)利用CO₂，引起了各國(guó)的普遍重視．目前工業(yè)上有一種方法是用CO₂來(lái)生產(chǎn)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(yīng)生成甲醇（催化劑為Cu₂O/ZnO）：
CO（g）+2H₂（g）CH₃OH（g）
根據(jù)題意完成下列各題：反應(yīng)達(dá)到平衡時(shí)，
（1）平衡常數(shù)表達(dá)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(yīng)開(kāi)始到平衡，氫氣的平均反應(yīng)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(duì)處于E點(diǎn)的體系體積壓縮到原來(lái)的

1

2

，下列有關(guān)該體系的說(shuō)法正確的是

bc

a．氫氣的濃度減少
b．正反應(yīng)速率加快，逆反應(yīng)速率也加快
c．甲醇的物質(zhì)的量增加
d．重新平衡時(shí)

n(H2)

n(CH3OH)

增大
（4）據(jù)研究，反應(yīng)過(guò)程中起催化作用的為Cu₂O，反應(yīng)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(xué)方程式表示）．
（5）使用燃料電池是節(jié)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(zhì)是摻雜了Y₂O₃的ZrO₂晶體，它在高溫下能傳導(dǎo)O^2-．水煤氣在一定條件下可以合成二甲醚，同時(shí)還產(chǎn)生一種可以參與大氣循環(huán)的無(wú)機(jī)化合物，3CO+3H₂=CH₃OCH₃+CO₂ 或 2CO+4H₂=CH₃OCH₃+H₂O．上述水煤氣燃料電池的負(fù)極反應(yīng)方程式：（寫(xiě)1個(gè)）

CO+O^2--2e^-=CO₂ H₂+O^2--2e^-=2H₂O

．
（6）如圖是丙烷、二甲醚燃燒過(guò)程中能量變化圖，其中x為各自反應(yīng)中對(duì)應(yīng)的系數(shù)．根據(jù)該圖寫(xiě)出二甲醚燃燒的熱化學(xué)方程式：

CH₃OCH₃（g）+3O₂（g）

點(diǎn)燃

2CO₂（g）+3H₂O（l）△H=-1455kJ?mol^-1

Answer 1

分析：（1）平衡常數(shù)等于生成物的濃度冪之積除以反應(yīng)物的濃度冪之積，溫度升高時(shí)，甲醇的物質(zhì)的量減小，說(shuō)明升高溫度平衡向逆反應(yīng)方向移動(dòng)；
（2）根據(jù)甲醇的反應(yīng)速率計(jì)算氫氣的反應(yīng)速率；
（3）在其他條件不變的情況下，對(duì)處于E點(diǎn)的體系體積壓縮到原來(lái)的

1

2

，體系的壓強(qiáng)增大，正逆反應(yīng)速率增大，平衡向正反應(yīng)方向移動(dòng)，甲醇的物質(zhì)的量增加，由于溫度不變，則平衡常數(shù)不變，達(dá)新平衡時(shí)，雖然氫氣反應(yīng)一部分，但由于體積的影響大于平衡移動(dòng)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(yīng)為可逆反應(yīng)；
（5）CO和H₂都具有還原性，為燃料電池的負(fù)極，被氧化失去電子生成CO₂和H₂O，結(jié)合電解質(zhì)書(shū)寫(xiě)電極反應(yīng)式；
（6）根據(jù)生成1mol水放出的熱量計(jì)算反應(yīng)熱．

解答：解：（1）平衡常數(shù)等于生成物的濃度冪之積除以反應(yīng)物的濃度冪之積，根據(jù)反應(yīng)方程式可知，平衡常數(shù)為K=

c(CH3OH)

c(CO)?c2(H2)

，由圖象可知，當(dāng)溫度升高時(shí)，甲醇的物質(zhì)的量減小，說(shuō)明升高溫度平衡向逆反應(yīng)方向移動(dòng)，則平衡常數(shù)減小，
故答案為：K=

c(CH3OH)

c(CO)?c2(H2)

； 減小；
（2）由圖象可知，時(shí)間達(dá)到t_B時(shí)，甲醇的物質(zhì)的量為n_B，則甲醇的反應(yīng)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(duì)處于E點(diǎn)的體系體積壓縮到原來(lái)的

1

2

，體系的壓強(qiáng)增大，正逆反應(yīng)速率增大，平衡向正反應(yīng)方向移動(dòng)，甲醇的物質(zhì)的量增加，由于溫度不變，則平衡常數(shù)不變，達(dá)新平衡時(shí)，雖然氫氣反應(yīng)一部分，但由于體積的影響大于平衡移動(dòng)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(yīng)為可逆反應(yīng)，反應(yīng)體系中通入少量CO₂有利于維持催化劑Cu₂O的量不變，反應(yīng)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(fù)極，被氧化失去電子生成CO₂和H₂O，電極反應(yīng)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(shí)，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(xué)方程式為CH₃OCH₃（g）+3O₂（g）

點(diǎn)燃

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

點(diǎn)燃

2CO₂（g）+3H₂O（l）△H=-1455kJ?mol^-1．

點(diǎn)評(píng)：本題考查較為綜合，題目難度較大，本題注意（4）為易錯(cuò)點(diǎn)．