Question

【題目】研究表明，在CuZnO2催化劑存在下，CO2和H2可發生兩個平行反應，分別生成CH3OH和CO，反應的熱化學方程式如下：

CO2（g）+3H2（g）CH3OH（g）+H2O（g） △H1 平衡常數K1 反應Ⅰ

CO2（g）+H2（g）CO（g）+H2O（g） △H2 =+41.2kJmol-1 平衡常數K2 反應Ⅱ

(1)一定條件下，將n（CO2）: n（H2）=1：1的混合氣體充入絕熱恒容密閉容器中發生反應。下列事實可以說明反應CO2（g）+3H2（g）CH3OH（g）+H2O（g）已達到平衡的是_______

A 容器內氣體密度保持不變 B CO2體積分數保持不變

C 該反應的平衡常數保持不變 D 混合氣體的平均相對分子質量不變

（2）研究證實，CO2也可在酸性水溶液中通過電解生成甲醇，則生成甲醇的反應的電極反應式是___________________。

（3）反應CO（g）+2H2（g）CH3OH（g）的平衡常數K3=____________（用K1和K2表示）。

（4）在恒壓密閉容器中，由CO2和H2進行反應I合成甲醇，在其它條件不變的情況下，探究溫度對化學平衡的影響，實驗結果如圖。

①△H1_________0（填“＞”、“＜”或“=”）

②有利于提高CO2平衡轉化率的措施有___________（填標號）。

A．降低反應溫度

B．投料比不變，增加反應物的物質的量

C．增大CO2和H2的初始投料比

D．混合氣體中摻入一定量惰性氣體（不參與反應）

（5）在T1溫度時，將1.00molCO2和3.00molH2充入體積為1.00L的恒容密閉容器中，容器起始壓強為P0，僅進行反應I。

①充分反應達到平衡后，若CO2轉化率為a，則容器的壓強與起始壓強之比為________（用a表示）。

②若經過3h反應達到平衡，平衡后，混合氣體物質的量為3.00mol，則該過程中H2的平均反應速率為____________（保留三位有效數字）；平衡常數K可用反應體系中氣體物質分壓表示，即K表達式中用平衡分壓代替平衡濃度，分壓=總壓×物質的量分數。寫出上述反應壓力平衡常數KP為____________（用P0表示，并化簡）。

Answer 1

【答案】 BCD CO2+6e-+6H+=CH3OH+H2O K1/K2 < A 2-a/2 0.500mol·L-1·h-1 8/ P02

【解析】（1）A、密度是混合氣的質量和容器容積的比值，在反應過程中質量和容積始終是不變的，所以容器內氣體密度保持不變不能說明反應達到平衡狀態，A錯誤；B、CO2體積分數保持不變說明反應達到平衡狀態，B正確；C、由于是絕熱容器，所該反應的平衡常數保持不變說明溫度不再發生變化，反應達到平衡狀態，C正確；D、混合氣的平均相對分子質量是混合氣的質量和混合氣的總的物質的量的比值，質量不變，但物質的量是變化的，混合氣體的平均相對分子質量不變說明反應達到平衡狀態，D正確，答案選BCD；（2）CO2也可在酸性水溶液中通過電解生成甲醇，碳的化合降低發生還原反應，所以生成甲醇的反應發生在陰極，該電極反應式是CO2+6e-+6H+=CH3OH+H2O；（3）CO2（g）+3H2（g）CH3OH（g）+H2O（g） △H1 平衡常數K1 反應Ⅰ，CO2（g）+H2（g）CO（g）+H2O（g）△H2 =+41.2kJmol-1 平衡常數K2 反應Ⅱ，所以根據蓋斯定律CO（g）+2H2（g）CH3OH（g）△H3=△H1-△H2，K3=K1/K2；（4）①圖中T2＞T1，溫度越高水蒸氣的含量越少，平衡逆向移動，所以正反應是放熱反應，所以△H1＜0；②A．降低反應溫度，平衡正向移動，CO2平衡轉化率增大，A正確；B．在恒壓密閉容器中，投料比不變，增加反應物的濃度，CO2平衡轉化率不變，B錯誤；C．增大CO2和H2的初始投料比，二氧化碳轉化率降低，而氫的轉化率增大，C錯誤；D．混合氣體中摻入一定量惰性氣體，相當于減小壓強，平衡逆向移動，二氧化碳轉化率降低，C錯誤；答案選A。

（5）① CO2（g）+3H2（g）CH3OH（g）+H2O（g）

c（初）： 1 3 0 0

c（變）：a 3a a a

c（平）：1-a 3-3a a a

所以P0/P＝4/(42a)，則P/P0=(2a)/2；

②平衡后，混合氣體物質的量為3.00mol，則反應的氫氣的物質的量為1.5mol，v=△c/△t

=1.5mol/(1L×3h)=0.5molL-1h-1；

CO2（g）+3H2（g）CH3OH（g）+H2O（g）

c（初）： 1 3 0 0

c（變）： 0.5 1.5 0.5 0.5

c（平）： 0.5 0.5 0.5 0.5

所以K=0.5×0.5/0.5×1.53=0.148（Lmol-1）2；因為：P/P0=1.5/2，所以P=0.75P0，p=P(H2O)P(CH3OH)/P(CO2)P3(H2)= 。