Question

【題目】研究CO和CO2的利用對(duì)促進(jìn)低碳社會(huì)的構(gòu)建具有重要意義。請(qǐng)回答下列問(wèn)題：

(1)利用CO和H2在一定條件下可合成甲醇，發(fā)生反應(yīng)： CO(g)+ 2H2(g) CH3OH(g)，其兩種反應(yīng)過(guò)程中能量的變化曲線(xiàn)如圖中a、b所示，下列說(shuō)法正確的是_____(填字母)。

A.上述反應(yīng)的△H= -91 kJ·mol-1

B.該反應(yīng)自發(fā)進(jìn)行的條件為高溫

C. b過(guò)程使用催化劑后降低了反應(yīng)的活化能和H

D. b過(guò)程的反應(yīng)速率：第Ⅱ階段＞第Ⅰ階段

(2)若反應(yīng)CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)在溫度不變且體積恒定為1L密閉容器中發(fā)生，反應(yīng)過(guò)程中各物質(zhì)的物質(zhì)的量隨時(shí)間變化見(jiàn)表所示：

時(shí)間/min	0	5	10	15
H2	4		2
CO	2			1
CH3OH(g)	0	0.7

①下列各項(xiàng)能作為判斷該反應(yīng)達(dá)到平衡標(biāo)志的是_______(填字母)

A.2v正(H2)=v逆(CH3OH)

B. CO與CH3OH的物質(zhì)的量之比保持不變

C.混合氣的平均相對(duì)分子質(zhì)量保持不變

D.混合氣體的密度保持不變

②若起始?jí)簭?qiáng)為P0kPa，反應(yīng)速率若用單位時(shí)間內(nèi)分壓的變化表示，則10 min內(nèi)H2的反應(yīng)速率v(H2)=_____kPa/min；該溫度下反應(yīng)的平衡常數(shù)Kp=______。(分壓=總壓×物質(zhì)的量分?jǐn)?shù))。

(3)甲和乙兩個(gè)恒容密閉容器的體積相同，向甲中加入1 mol CO和2 mol H2，向乙中加入2 mol CO和4 molH2，測(cè)得不同溫度下CO的平衡轉(zhuǎn)化率如圖所示，則L、M兩點(diǎn)容器內(nèi)平衡常數(shù)：K(M)_____ K(L)； 壓強(qiáng)：p(M)__2p(L)。(填“＞”“<”或“=”)

(4)以納米二氧化鈦為工作電極，稀硫酸為電解質(zhì)溶液，在一定條件下通入CO2進(jìn)行電解，在陰極可制得低密度聚乙烯()。電解時(shí)，陰極的電極反應(yīng)式是_________。

Answer 1

【答案】AD BC kPa-2（可不帶單位） ＜ ＞ 2nCO2+12ne－+12nH+=+4nH2O

【解析】

(1)A.對(duì)于反應(yīng)CO(g)+ 2H2(g) CH3OH(g)，根據(jù)反應(yīng)過(guò)程中能量的變化圖可得△H=正反應(yīng)的活化能-逆反應(yīng)的活化能=419 kJ·mol-1-510 kJ·mol-1= -91 kJ·mol-1，A項(xiàng)正確；

B.該反應(yīng)正向是氣體粒子數(shù)目減小的反應(yīng)，屬于熵減過(guò)程△S＜0，根據(jù)△G=△H-T△S，△G＜0可自發(fā)，需要低溫環(huán)境才可以自發(fā)，B項(xiàng)錯(cuò)誤；

C.b過(guò)程使用催化劑后降低了反應(yīng)的活化能，但是H只與反應(yīng)始末狀態(tài)有關(guān)，與反應(yīng)途徑無(wú)關(guān)，H故不變，C項(xiàng)錯(cuò)誤；

D.b過(guò)程中第I階段正反應(yīng)活化能較高，故活化分子的百分含量較低，因此化學(xué)反應(yīng)速率較慢，b過(guò)程的反應(yīng)速率：第I階段＜第Ⅱ階段，D項(xiàng)正確。

故說(shuō)法正確的選AD。

(2) ①A.對(duì)于反應(yīng)CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)，當(dāng)v正(H2)=2v逆(CH3OH)時(shí)，反應(yīng)到達(dá)平衡，2v正(H2)=v逆(CH3OH)，正逆反應(yīng)各物質(zhì)速率不成比例，未達(dá)到平衡，故A項(xiàng)錯(cuò)誤；

B.反應(yīng)物CO與生成物CH3OH的物質(zhì)的量之比從開(kāi)始反應(yīng)逐漸減小，若保持不變可以說(shuō)明達(dá)到平衡，B項(xiàng)正確；

C.混合氣的平均相對(duì)分子質(zhì)量數(shù)值上等于摩爾質(zhì)量M=，因?yàn)橘|(zhì)量守恒m不變，該反應(yīng)正向是氣體粒子數(shù)目較小方向，n會(huì)減小，M會(huì)增大，達(dá)到平衡之后M不變，故C項(xiàng)正確；

D.混合氣體的密度=，m不變?nèi)萜黧w積固定，則混合氣體的密度是個(gè)定值，一直不變，不能做平衡的判定依據(jù)，D項(xiàng)錯(cuò)誤；

故能作為判斷該反應(yīng)達(dá)到平衡標(biāo)志的是BC；

②同溫1L容器中，氣體的物質(zhì)的量與壓強(qiáng)呈正比，初始加入2 mol CO和4 molH2，混合氣體共6mol，起始?jí)簭?qiáng)為P0kPa，則起始?xì)錃獾姆謮?/span>P0kPa，反應(yīng)10 min H2的物質(zhì)的量為2mol，是原來(lái)氫氣物質(zhì)的量的一半，反應(yīng)10 min H2的分壓P0kPa，故10 min內(nèi)H2的反應(yīng)速率v(H2)== = kPa/min；反應(yīng)10 min H2的物質(zhì)的量為2mol，CO的物質(zhì)的量為1mol，生成的甲醇為1mol，混合氣體共4mol，那么H2的物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)0.5，CO和甲醇的物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)均為0.25。反應(yīng)15min和反應(yīng)10min數(shù)據(jù)一樣，故10min已經(jīng)達(dá)到平衡。由于氣體的物質(zhì)的量與壓強(qiáng)呈正比，故==，得= kPa，則平衡時(shí)H2的分壓P=0.5×= kPa，同理P= P=0.25×= kPa，該溫度下平衡常數(shù)Kp=== kPa-2；

(3)根據(jù)CO的平衡轉(zhuǎn)化率-T-P圖分析，其他條件不變（觀(guān)察甲或者乙），升高溫度，CO的平衡轉(zhuǎn)化率降低，根據(jù)平衡移動(dòng)原理該可逆反應(yīng)的正反應(yīng)是放熱的，則K值隨溫度升高而降低，由于甲和在在溫度不變的時(shí)候平衡常數(shù)是相同的，故L、M兩點(diǎn)容器內(nèi)平衡常數(shù)：K(M)＜K(L)；向甲中加入1 mol CO和2 mol H2，向乙中加入2 mol CO和4 molH2，在相同轉(zhuǎn)化率的情況下，平衡時(shí)刻乙的總物質(zhì)的量等于甲總物質(zhì)的量的2倍，由氣體狀態(tài)方程PV=nRT，溫度越高氣體的壓強(qiáng)越大，故壓強(qiáng)：p(M)＞2p(L)；

(4)通入CO2進(jìn)行在硫酸電解質(zhì)中電解，在陰極可制得低密度聚乙烯()，2nCO2→，碳元素化合價(jià)從+4降到-2，每個(gè)碳得6個(gè)電子，2nCO2共得12n個(gè)電子，則陰極的電極反應(yīng)式是2nCO2+12ne－+12nH+=+4nH2O。