Question

1．研究CO₂、CO的利用對促進低碳社會的構(gòu)建具有重要意義，CO₂、CO都可用于合成甲醇．

（1）CO₂用于合成甲醇的熱化學方程式為：CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）△H
①該反應(yīng)的平衡常數(shù)表達式為K=$\frac{c（C{H}_{3}OH）•c（{H}_{2}O）}{c（C{O}_{2}）•{c}^{3}（H）}$．
②取一定體積CO₂和H₂的混合氣體（物質(zhì)的量之比為1：3），加入恒容密閉容器中發(fā)生上述反應(yīng)，反應(yīng)過程中測得甲醇的體積分數(shù)φ（CH₃OH）與反應(yīng)溫度T的關(guān)系如1圖所示，則該反應(yīng)的△H＜0（填“＞”、“＜”或“=”）．
③科學家現(xiàn)正研發(fā)的以實現(xiàn)CO₂轉(zhuǎn)化為甲醇在常溫常壓下進行的裝置如圖2所示，寫出甲槽的電極反應(yīng)式CO₂+6e^-+6H⁺=CH₃OH+H₂O．
（2）CO用于合成甲醇的熱化學方程式為：CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）△H，在壓強為0.1MPa、溫度為300℃條件下，將a mol CO與2a mol H₂的混合氣體在催化劑作用下發(fā)生下面反應(yīng)2生成甲醇，下列圖象如圖4正確且說明可逆反應(yīng)達到平衡狀態(tài)的是AB．（填序號）

（3）以CH₄和H₂O為原料，也可通過下列反應(yīng)1和反應(yīng)2來制備甲醇．
反應(yīng)1：CH₄（g）+H₂O（g）?CO（g）+3H₂（g）△H=+206.0kJ•mol^-1
反應(yīng)2：CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）△H=-129.0kJ•mol^-1
①CH₄（g）與H₂O（g）反應(yīng)生成CH₃OH（g）和H₂（g）的熱化學方程式為CH₄（g）+H₂O（g）=CH₃OH （g）+H₂（g））△H=+77kJ•mol^-1．
②已知：在700℃，1MPa時，1mol CH₄與1mol H₂O在1L密閉容器中發(fā)生反應(yīng)1，6min達到平衡（如圖3），此時CH₄的轉(zhuǎn)化率為80%．根據(jù)圖3分析，由第一次平衡到第二次平衡，平衡向逆反應(yīng)方向移動（填“正反應(yīng)”或“逆反應(yīng)”），采取的措施可能是將容器體積縮小為原來的$\frac{1}{2}$或加入等量的氫氣．

Answer 1

分析 （1）①平衡常數(shù)等于生成物的濃度系數(shù)次冪之積除以反應(yīng)物濃度系數(shù)次冪之積；
②根據(jù)溫度對平衡移動的影響判斷反應(yīng)熱的符號；
③甲槽為CO₂得電子發(fā)生還原反應(yīng)生成CH₃OH，據(jù)此書寫反應(yīng)式；
（2）根據(jù)平衡狀態(tài)的本質(zhì)和表觀現(xiàn)象分析；
（3）①根據(jù)蓋斯定律：1：CH₄ （g）+H₂O （g）=CO （g）+3H₂ （g）△H=+206.0kJ•mol^-1
2：CO （g）+2H₂ （g）=CH₃OH （g）△H=-129.0kJ•mol^-1
依據(jù)蓋斯定律，1+2得到要書寫的熱化學方程式．
②CH₄（g）+H₂O（g）$?_{催化劑}^{高溫}$CO₂（g）+3H₂（g）
起始（mol/L）：1        1           0        0
變化（mol/L）：0.8       0.8        0.8      2.4
平衡（mol/L）：0.2       0.2        0.8      2.4
此時CH₄的轉(zhuǎn)化率為$\frac{0.8}{1}$×100%=80%；
由圖3可知，在7min時，氫氣的濃度增大了一倍，可能是縮小體積為原來的$\frac{1}{2}$或增加了等量的氫氣，平衡均是逆向移動．

解答 解：（1）①二氧化碳合成甲醇是碳減排的新方向，將CO₂轉(zhuǎn)化為甲醇的熱化學方程式為：CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g），其平衡常數(shù)K=$\frac{c（C{H}_{3}OH）•c（{H}_{2}O）}{c（C{O}_{2}）•{c}^{3}（H）}$，
故答案為：$\frac{c（C{H}_{3}OH）•c（{H}_{2}O）}{c（C{O}_{2}）•{c}^{3}（H）}$；
②根據(jù)圖象可知達到平衡后，溫度越高，甲醇的體積分數(shù)φ（CH₃OH）越小，說明升高溫度平衡逆移，則正反應(yīng)方向為放熱反應(yīng)，則△H＜0，
故答案為：＜；
③根據(jù)圖2，甲槽為CO₂得電子發(fā)生還原反應(yīng)生成CH₃OH，反應(yīng)式為CO₂+6e^-+6H⁺═CH₃OH+H₂O，
故答案為：CO₂+6e^-+6H⁺═CH₃OH+H₂O；
（2）A．在一定的時間后，氫氣含量不變?yōu)槠胶鉅顟B(tài)，故A正確；
B..在一定的時間后，溫度不變?yōu)槠胶鉅顟B(tài)，故B正確；
C．反應(yīng)的焓變與反應(yīng)是否達平衡無關(guān)，故C錯誤；
D．反應(yīng)條件為恒壓，故壓強不變不能判斷反應(yīng)是否達平衡，故D錯誤．
故答案為：AB；
（3）①根據(jù)蓋斯定律：1：CH₄ （g）+H₂O （g）=CO （g）+3H₂ （g）△H=+206.0kJ•mol^-1
2：CO （g）+2H₂ （g）=CH₃OH （g）△H=-129.0kJ•mol^-1
依據(jù)蓋斯定律，1+2得到：CH₄（g）+H₂O（g）=CH₃OH （g）+H₂（g））△H=+77kJ•mol^-1，
故答案為：CH₄（g）+H₂O（g）=CH₃OH （g）+H₂（g））△H=+77kJ•mol^-1；
②CH₄（g）+H₂O（g）$?_{催化劑}^{高溫}$CO₂（g）+3H₂（g）
起始（mol/L）：1        1           0        0
變化（mol/L）：0.8       0.8        0.8      2.4
平衡（mol/L）：0.2       0.2        0.8      2.4
此時CH₄的轉(zhuǎn)化率為$\frac{0.8}{1}$×100%=80%；
由圖3可知，在7min時，氫氣的濃度增大了一倍，可能是縮小體積為原來的$\frac{1}{2}$或增加了等量的氫氣，無論是增大壓強，還是增大氫氣的濃度，平衡均是逆向移動，
故答案為：80%；逆反應(yīng)；將容器體積縮小為原來的$\frac{1}{2}$或加入等量的氫氣．

點評 本題考查了蓋斯定律的應(yīng)用、化學平衡影響因素和化學平衡常數(shù)以及轉(zhuǎn)化率的計算、燃料電池的電極反應(yīng)式的書寫，綜合性較強，為歷年高考高頻考點，側(cè)重于化學反應(yīng)原理和圖象分析能力的培養(yǎng)，題目難度中等．