Question

13．中國(guó)政府承諾，到2020年，單位GDP二氧化碳排放比2005年下降40%～50%．
（1）有效減碳的手段之一是節(jié)能，下列制氫方法最節(jié)能的是C．
A．電解水制氫：2H₂O$\frac{\underline{\;電解\;}}{\;}$2H₂↑+O₂↑
B．高溫使水分解制氫：2H₂O$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$2H₂↑+O₂↑
C．太陽(yáng)光催化分解水制氫：2H₂O$\frac{\underline{\;\;\;TiO_{2}\;\;\;}}{太陽(yáng)光}$2H₂↑+O₂↑
D．天然氣制氫：CH₄+H₂O$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$CO+3H₂
（2）CO₂可轉(zhuǎn)化成有機(jī)物實(shí)現(xiàn)碳循環(huán)．在體積為1L 的密閉容器中，充入1mol CO₂和3mol H₂，一定條件下反應(yīng)：CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）△H=-49.0kJ/mol，測(cè)得CO₂和CH₃OH（g）的濃度隨時(shí)間變化如圖所示．
①?gòu)?min到9min，v（H₂）=0.125mol/（L•min）．
②能說(shuō)明上述反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)的是D（填編號(hào)）．
A．反應(yīng)中CO₂與CH₃OH的物質(zhì)的量濃度之比為1：1（即圖中交叉點(diǎn)）
B．混合氣體的密度不隨時(shí)間的變化而變化
C．單位時(shí)間內(nèi)消耗3mol H₂，同時(shí)生成1mol H₂O
D．CO₂的體積分?jǐn)?shù)在混合氣體中保持不變
（3）工業(yè)上，CH₃OH也可由CO和H₂合成．參考合成反應(yīng)CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）的平衡常數(shù)：

溫度/℃	0	100	200	300	400
平衡常數(shù)	667	13	1.9×10-2	2.4×10-4	1×10-5

下列說(shuō)法正確的是AC．
A．該反應(yīng)正反應(yīng)是放熱反應(yīng)
B．該反應(yīng)在升高溫度時(shí)，CH₃OH（g）的體積分?jǐn)?shù)減小，說(shuō)明v_正（CH₃OH）減小，v_逆（CH₃OH）增大
C．在T℃時(shí)，1L密閉容器中，投入0.1mol CO和0.2mol H₂，達(dá)到平衡時(shí)，CO轉(zhuǎn)化率為50%，則此時(shí)的平衡常數(shù)為100
D．工業(yè)上采用稍高的壓強(qiáng)（5Mpa）和250℃，是因?yàn)榇藯l件下，原料氣轉(zhuǎn)化率最高．

Answer 1

分析 （1）要求制氫方法最節(jié)能，可從節(jié)能的角度分析；
（2）①根據(jù)v=$\frac{△c}{△t}$計(jì)算從3min到9minv（H₂）；
②化學(xué)反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)時(shí)正逆反應(yīng)速率相等，各物質(zhì)的濃度不變，由此衍生的物理量不變；
（3）A．依據(jù)平衡常數(shù)隨溫度變化和平衡移動(dòng)原理分析判斷；
B．升高溫度后正逆反應(yīng)速率都增大；
C．結(jié)合平衡三段式列式計(jì)算，平衡常數(shù)等于生成物平衡濃度冪次方乘積除以反應(yīng)物平衡濃度冪次方乘積；
D．正反應(yīng)吸熱，溫度越低反應(yīng)物轉(zhuǎn)化率越高．

解答 解：（1）電解水、高溫以及天然氣的使用都會(huì)消耗能源，不符合低碳要求，使用太陽(yáng)能可減小低碳，故C正確，
故答案為：C；
（2）①?gòu)?min到10min，v（CO₂）=$\frac{0.50mol/L-0.25mol/L}{10min-4min}$，則v（H₂）=3v（CO₂）=3×$\frac{0.50mol/L-0.25mol/L}{10min-4min}$=0.125mol/（L•min）^-1，
故答案為：0.125；
②A．反應(yīng)中CO₂與CH₃OH的物質(zhì)的量濃度之比為1：1時(shí)，沒(méi)有達(dá)到平衡狀態(tài)，故A錯(cuò)誤；
B．由于氣體的總質(zhì)量不變，容器的體積不變，則無(wú)論是否達(dá)到平衡狀態(tài)，氣體的密度都不變，故B錯(cuò)誤；
C．化學(xué)反應(yīng)速率之比等于化學(xué)計(jì)量數(shù)之比，無(wú)論是否達(dá)到平衡狀態(tài)，都存在單位時(shí)間內(nèi)每消耗3molH₂，同時(shí)生成1molH₂O，故C錯(cuò)誤；
D．CO₂的體積分?jǐn)?shù)在混合氣體中保持不變，說(shuō)明達(dá)到平衡狀態(tài)，故D正確；
故答案為：D；
（3）A．依據(jù)平衡常數(shù)隨溫度變化和平衡移動(dòng)原理分析判斷，隨溫度升高平衡常數(shù)減小，正反應(yīng)為放熱反應(yīng)，故A正確；
B．該反應(yīng)為放熱反應(yīng)，升高溫度時(shí)平衡向著逆向移動(dòng)，CH₃OH（g）的體積分?jǐn)?shù)減小，但v_正（CH₃OH）和v_逆（CH₃OH）都增大，故B錯(cuò)誤；
C．結(jié)合平衡三段式列式計(jì)算，平衡常數(shù)等于生成物平衡濃度冪次方乘積除以反應(yīng)物平衡濃度冪次方乘積，
                          CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）
起始量（mol/L）  0.1          0.2             0
變化量（mol/L）  0.1×50%  0.1           0.05
平衡量（mol/L） 0.05          0.1          0.05
該穩(wěn)定性該飛躍的平衡常數(shù)為：K=$\frac{0.05}{0.05×0．{1}^{2}}$=100，故C正確；
D、工業(yè)上采用稍高的壓強(qiáng)（5MPa）和250℃，是從轉(zhuǎn)化率和反應(yīng)速率兩方面綜合考慮，故D錯(cuò)誤；
故答案為：AC．

點(diǎn)評(píng) 本題考查化學(xué)平衡的計(jì)算，題目難度中等，涉及化學(xué)平衡常數(shù)、化學(xué)反應(yīng)速率的計(jì)算、化學(xué)平衡狀態(tài)的判斷、環(huán)境污染及治理等知識(shí)，明確化學(xué)平衡及其影響為解答關(guān)鍵，注意掌握三段式在化學(xué)平衡計(jì)算中的應(yīng)用，試題培養(yǎng)了學(xué)生的分析能力及化學(xué)計(jì)算能力．