Question

7．（1）中國政府承諾，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（g） $\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$2H₂+O₂
C．太陽能催化分解水制氫：2H₂O$\frac{\underline{\;\;\;TiO_{2}\;\;\;}}{太陽光}$2H₂↑+O₂↑
D．天然氣制氫：CH₄+H₂O（g）$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$ CO+3H₂
②CO₂可轉(zhuǎn)化成有機物實現(xiàn)碳循環(huán)．在體積為1L的密閉容器中，充入1mol CO₂和3mol H₂，一定條件下發(fā)生反應(yīng)：CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）△H=-49.0mol•L^-1，測得CO₂和CH₃OH（g）的濃度隨時間變化如圖所示．從0min到10min，v（H₂）=0.225mol•（L•min）^-1
②能說明上述反應(yīng)達到平衡狀態(tài)的是D．
A．反應(yīng)中CO₂與CH₃OH的物質(zhì)的量濃度之比為1：1
B．混合氣體的密度不隨時間的變化而變化
C．單位時間內(nèi)每消耗3mol H2，同時生成1mol H₂O
D．CO₂的體積分數(shù)在混合氣體中保持不變
（2）工業(yè)上，CH₃OH也可由CO和H₂合成：CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）．
①參考合成反應(yīng)CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）的平衡常數(shù)．下列說法正確的是AC．

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

A．該反應(yīng)正反應(yīng)是放熱反應(yīng)
B．該反應(yīng)在低溫下不能自發(fā)進行，在高溫下可自發(fā)進行
C．在T℃時，1L密閉容器中，投入0.1molCO和0.2molH₂．達到平衡時，CO轉(zhuǎn)化率為50%，則此時的平衡常數(shù)為100
D．工業(yè)上采用稍高的壓強（5MPa）和250℃，是因為此條件下，原料氣轉(zhuǎn)化率最高
②若容器容積不變，則下列措施可提高反應(yīng)CO轉(zhuǎn)化率的是B．
A．充入CO，使體系總壓強增大             B．將CH₃OH（g）從體系中分離
C．充入He，使體系總壓強增大              D．使用高效催化劑．

Answer 1

分析 （1）①從充分利用太陽能的角度分析；
②根據(jù)v=$\frac{△c}{△t}$計算反應(yīng)速率；
③化學(xué)反應(yīng)達到平衡狀態(tài)時正逆反應(yīng)速率相等，各物質(zhì)的濃度不變，由此衍生的物理量不變；
（2）①A、依據(jù)平衡常數(shù)隨溫度變化和平衡移動原理分析判斷；
B、△H-T△S＜0的反應(yīng)能夠自發(fā)進行；
C、結(jié)合平衡三段式列式計算，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；
②A．充入CO，使體系總壓強增大，但一氧化碳本身轉(zhuǎn)化率降低；             
B．將CH₃OH（g）從體系中分離，平衡正向移動；
C．充入He，使體系總壓強增大，各組分的濃度不變，平衡不移動；              
D．使用高效催化劑，反應(yīng)速率加快，但平衡不移動；

解答 解：（1）①電解水、高溫以及天然氣的使用都會消耗能源，不符合低碳要求，使用太陽能可減小低碳，故答案為：C；
②v（CO₂）=$\frac{△c}{△t}$=$\frac{（1-0.25）mol/L}{10min-0min}$=0.075mol/L•min，則v（H₂）=3v（CO₂）=3×0.075mol/L•min=0.225mol/（L•min）^-1，
故答案為：0.225；
③A．反應(yīng)中CO₂與CH₃OH的物質(zhì)的量濃度之比為1：1時，沒有達到平衡狀態(tài)，故A錯誤；
B．由于氣體的總質(zhì)量不變，容器的體積不變，則無論是否達到平衡狀態(tài)，氣體的密度都不變，故B錯誤；
C．化學(xué)反應(yīng)速率之比等于化學(xué)計量數(shù)之比，無論是否達到平衡狀態(tài)，都存在單位時間內(nèi)每消耗3molH₂，同時生成1molH₂O，故C錯誤；
D．CO₂的體積分數(shù)在混合氣體中保持不變，說明達到平衡狀態(tài)，故D正確．
故答案為：D；
（2）①A、依據(jù)平衡常數(shù)隨溫度變化和平衡移動原理分析判斷，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、△H-T△S＜0的反應(yīng)能夠自發(fā)進行，該反應(yīng)的△H＞0，若能夠自發(fā)進行△S必須小大于0，故B錯誤；
C、結(jié)合平衡三段式列式計算，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
平衡常數(shù)K=$\frac{0.05}{.05×0．{1}^{2}}$=100，故C正確；
D、工業(yè)上采用稍高的壓強（5MPa）和250℃，是從轉(zhuǎn)化率和反應(yīng)速率兩方面綜合考慮，故D錯誤；
故選AC；
②A．充入CO，使體系總壓強增大，但一氧化碳本身轉(zhuǎn)化率降低，故A不選；             
B．將CH₃OH（g）從體系中分離，平衡正向移動，一氧化碳的轉(zhuǎn)化率增大，故B選；
C．充入He，使體系總壓強增大，各組分的濃度不變，平衡不移動，一氧化碳的轉(zhuǎn)化率不變，故C不選；              
D．使用高效催化劑，反應(yīng)速率加快，但平衡不移動，一氧化碳的轉(zhuǎn)化率不變，故D不選；
故選B．

點評 本題考查了化學(xué)平衡影響因素分析判斷，平衡常數(shù)概念的計算應(yīng)用，掌握基礎(chǔ)是關(guān)鍵，題目難度中等．