Question

【題目】發(fā)展新能源、改善空氣質(zhì)量等一直是化學(xué)研究的熱點(diǎn)�；卮鹣铝袉栴}：

(1)甲醇是可再生的清潔能源，可利用CO2與H2合成甲醇：CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)。該反應(yīng)歷程如圖所示。

上述合成甲醇的反應(yīng)的有機(jī)副產(chǎn)物有__________；由于該反應(yīng)速率較慢，需要加入催化劑使反應(yīng)速率加快，主要降低下列變化中________(填字母)的能量變化。

A．*CO+*OH→*CO+*H2O B．*CO→*OCH

C．*OCH2→*OCH3 D．*OCH3→*CH3OH

(2)焦炭與水蒸氣在恒容密閉容器中反應(yīng)，可制合成氣，主要反應(yīng)(I)、(II)的lg KP(KP為以分壓表示的平衡常數(shù))與T的關(guān)系如圖所示。

①反應(yīng)(I)的△H______0(填“＞”、“＝”或“＜”)；

②在容積為10 L密閉容器中充入1 mol CO、1 mol H2O只發(fā)生反應(yīng)(II)，反應(yīng)5分鐘到達(dá)圖中d點(diǎn)，請計(jì)算0～5 min時(shí)，CO平均反應(yīng)速率________；此時(shí)CO的轉(zhuǎn)化率為________；已知：反應(yīng)速率v=v正-v逆=k正·x(CO)·x(H2O)-k逆·x(CO2)·x(H2)，k正、k逆分別為正、逆反應(yīng)速率常數(shù)，x為物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)，計(jì)算e處的=______；

③c點(diǎn)時(shí)，若反應(yīng)容器中CO濃度為0.1 mol/L，則CO2濃度為________(填數(shù)值)。

Answer 1

【答案】CH2O A ＞ 0.01 mol/(L·min) 50% 100 0.01 mol/L

【解析】

(1)由圖可知，副產(chǎn)物有CO和CH2O，反應(yīng)的能壘越低，反應(yīng)越容易進(jìn)行，副產(chǎn)物的量越多；反應(yīng)的能壘越大，反應(yīng)的反應(yīng)速率越慢；

(2)①該反應(yīng)正向是氣體體積增大的反應(yīng)，根據(jù)溫度與化學(xué)平衡常數(shù)的對數(shù)關(guān)系分析溫度與平衡移動的關(guān)系；

②根據(jù)圖象確定Kp，利用物質(zhì)加入量及轉(zhuǎn)化量關(guān)系，確定平衡時(shí)各種物質(zhì)的濃度，再根據(jù)化學(xué)反應(yīng)速率和物質(zhì)轉(zhuǎn)化率的含義進(jìn)行計(jì)算；根據(jù)e點(diǎn)lgKp計(jì)算CO轉(zhuǎn)化率，得到各種氣體的物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)，結(jié)合該溫度下的平衡常數(shù)，帶入速率公式可得速率的比值；

③c點(diǎn)是兩個反應(yīng)的交點(diǎn)，二者的平衡常數(shù)相等，據(jù)此解答。

(1)由圖可知生成副產(chǎn)物主要有CO和CH2O，其中的有機(jī)副產(chǎn)物是CH2O；由圖可知生成甲醇的過程中，能壘最高(為1.64 eV)的變化為*CO+*OH→*CO+*H2O，該反應(yīng)速率最慢，決定整個反應(yīng)的快慢，所以要想提高整個反應(yīng)速率，應(yīng)該降低該反應(yīng)的能壘，故合理選項(xiàng)是A；

(2)①根據(jù)圖示可知：溫度升高，lgKp增大，說明升高溫度，平衡正向移動。根據(jù)平衡移動原理：升高溫度，化學(xué)平衡向吸熱反應(yīng)方向移動，因此該反應(yīng)的正反應(yīng)為吸熱反應(yīng)，故△H＞0；

②在容積為10 L密閉容器中充入1 mol CO、1 mol H2O只發(fā)生反應(yīng)(II) CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g)，反應(yīng)5分鐘到達(dá)圖中d點(diǎn)，此時(shí)lgKp=0，則Kp=1，根據(jù)化學(xué)反應(yīng)速率與物質(zhì)反應(yīng)關(guān)系，由于加入1 mol CO、1 mol H2O，反應(yīng)是按1：1物質(zhì)的量關(guān)系進(jìn)行，剩余的CO、H2O也是1：1物質(zhì)的量關(guān)系，反應(yīng)產(chǎn)生的CO2與H2的物質(zhì)的量相等，則每種氣體的物質(zhì)的量及濃度都相同，此時(shí)n(CO)=0.5 mol，c(CO)=c(H2O)=c(H2)=c(CO2)= =0.05 mol/L，則0～5 min時(shí)，CO平均反應(yīng)速率v(CO)= =0.01mol/(L·min)；此時(shí)CO的轉(zhuǎn)化率為×100%=50%；由于反應(yīng)速率v=v正-v逆=k正·x(CO)·x(H2O)-k逆·x(CO2)·x(H2)，反應(yīng)達(dá)到平衡時(shí)，v正=v逆，所以k正·x(CO)·x(H2O)=k逆·x(CO2)·x(H2)，則=K，e點(diǎn)時(shí)lgKp=-2，Kp=10-2，由于反應(yīng)開始時(shí)c(CO)=c(H2O)=0.1 mol/L，c(H2)=c(CO2)=0，假設(shè)反應(yīng)產(chǎn)生CO2、H2的物質(zhì)的量濃度是a mol/L，則平衡時(shí)c(CO)=c(H2O)=(1-a)mol/L，c(H2)=c(CO2)=a mol/L，該反應(yīng)是反應(yīng)前后氣體體積不變的反應(yīng)，則Kp==10-2，解得a=0.1× mol/L，c(CO)=c(H2O)=(1-a)mol/L=0.1× mol/L，所以x(CO)=x(H2O)=，x(H2)=x(CO2)=，根據(jù)圖象可知，此溫度下反應(yīng)達(dá)到平衡時(shí)，Kp=1，所以e處的=Kp× =100；

③對于反應(yīng)(I)化學(xué)平衡常數(shù)K=；對于反應(yīng)(II)，化學(xué)平衡常數(shù)K=，由于c點(diǎn)是兩個反應(yīng)的交點(diǎn)，化學(xué)平衡常數(shù)相等，所以，c(CO2)=c2(CO)，由于此時(shí)反應(yīng)容器中CO濃度為0.1 mol/L，所以c(CO2)=c2(CO)=(0.1)2 mol/L =0.01 mol/L。