Question

【題目】工業(yè)上CO2用于生產(chǎn)燃料甲醇,既能緩解溫室效應(yīng),也為能源尋找了新渠道。合成甲醇的反應(yīng)為:CO2(g)+3H2(g)=CH3OH(g)+H2O(g)。

（1）已知:CO的燃燒熱△H=-283.0kJ/mol

2H2(g)+O2(g)=2H2O(g) △H=-483.6kJ/mol

CO(g)+2H2(g) CH3OH(g) △H=-90.1KJ/mol

則:CO2(g)+3H2(g) CH3OH(g)+H2O(g) △H=___KJ/mol

（2）T℃時(shí),測(cè)得不同時(shí)刻恒容密閉容器中CO2(g)、H2(g)、CH3OH(g)、H2O(g)的濃度變化如下表所示

①c=___mol/L,從反應(yīng)開始到平衡時(shí),CH3OH的平均反應(yīng)速率v(CH3OH)=__

②下列能說明該反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)的是____________

A.每消耗 1mol CO2的同時(shí)生成1 mol CH3OH

B.容器中氣體的壓強(qiáng)不再改變

C.混合氣體的平均相對(duì)分子質(zhì)量不發(fā)生變化

D.容器中氣體的密度不再改變

（3）在催化劑作用下,若測(cè)得甲醇的產(chǎn)率與反應(yīng)溫度、壓強(qiáng)的關(guān)系如下圖所示:

①分析圖中數(shù)據(jù)可知,在220℃、5.0MPa時(shí),CO2的轉(zhuǎn)化率為__將溫度降低至140℃、壓強(qiáng)減小至2.0MPa,CO2的轉(zhuǎn)化率將___(填“增大”、“減小”或“不變”)

②200℃、2.0MPa時(shí),將amol/LCO2和3amol/LH2充入VL密閉容器中,在催化劑作用下反應(yīng)達(dá)到平衡。根據(jù)圖中數(shù)據(jù)計(jì)算所得甲醇的質(zhì)量為___g(用含a的代數(shù)式表示)

（4）用NaOH溶液吸收CO2所得飽和碳酸鈉溶液可以對(duì)廢舊電池中的鉛膏(主要成分PbSO4)進(jìn)行脫硫反應(yīng)。已知Ksp(PbSO4)=1.6x10-8,Ksp(PbCO3)=7.4×10-14，

PbSO4(s)+CO32-(aq) PbCO3(s)+SO42-(aq),則該反應(yīng)的平衡常數(shù)K=______(保留三位有效數(shù)字);若在其溶液中加入少量Pb(NO3)2晶體,則c(SO42-):c(CO32-)的比值將______(填“增大”、“減小、”或“不變”)。

Answer 1

【答案】 －48.9 0.75 0.075 mol·(L·min)－1 BC 25% 增大 4.8aV 2.16×105 不變

【解析】（1）根據(jù)蓋斯定律：①CO(g)+ 1/2O2(g)= CO2(g) △H=-283.0kJ/mol；②2H2(g)+O2(g)=2H2O(g) △H=-483.6kJ/mol； ③ CO(g)+2H2(g) CH3OH(g) △H=-90.1KJ/mol；三個(gè)反應(yīng)聯(lián)立，消去CO、O2，得總反應(yīng)為CO2(g)+3H2(g) CH3OH(g)+H2O(g) △H=－48.9KJ/mol；正確答案：－48.9。

（2）①根據(jù)圖示可知，反應(yīng)進(jìn)行到3分鐘時(shí)，甲醇的濃度為0.5 mol/L，消耗氫氣1.5 mol/L，剩余氫氣1.5 mol/L，原有氫氣3 mol/L；反應(yīng)進(jìn)行到10分鐘時(shí)，達(dá)到平衡狀態(tài)，水蒸氣變化了0.75 mol/L，氫氣消耗了2.25 mol/L，剩余氫氣3-2.25 =0.75 mol/L；達(dá)平衡時(shí)，甲醇的量為0.75 mol/L，CH3OH的平均反應(yīng)速率v(CH3OH)=0.75/10=0.075 mol·(L·min)－1;正確答案：0.75； 0.075 mol·(L·min)－1 。

② 每消耗 1mol CO2的同時(shí)生成1 mol CH3OH，速率反應(yīng)方向相同，A錯(cuò)誤；該反應(yīng)為體積變化V≠0反應(yīng)，容器中氣體的壓強(qiáng)不再改變，反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)，B正確；反應(yīng)前后混合氣體的質(zhì)量不變，反應(yīng)后氣體的總量變小，混合氣體的平均相對(duì)分子質(zhì)量不發(fā)生變化，反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)，C正確；反應(yīng)前后混合氣體的質(zhì)量不變，容器的體積不變，容器中氣體的密度恒為定值，不能判定反應(yīng)是否達(dá)到平衡狀態(tài)，D錯(cuò)誤；正確選項(xiàng)BC。

（3）假設(shè)起始時(shí)CO2(g)為1 mol，轉(zhuǎn)化率為x,根據(jù)反應(yīng)方程式CO2(g)+3H2(g)=CH3OH(g)+H2O(g)，可知CH3OH的量為xmol，x/1×100%=25%, x=0.25mol，二氧化碳的轉(zhuǎn)化率為0.25/1×100%=25%,溫度越高，甲醇的產(chǎn)率越低，說明該反應(yīng)為放熱反應(yīng)，壓強(qiáng)越大，甲醇的產(chǎn)率越高，因此轉(zhuǎn)化率將增大，正確答案：25% ； 增大。

② 起始時(shí)CO2(g)為aVmol，轉(zhuǎn)化率為x,根據(jù)反應(yīng)方程式CO2(g)+3H2(g)=CH3OH(g)+H2O(g)，可知CH3OH的量為xmol，CH3OH的產(chǎn)率=x/aV×100%=15%, x=0.15 aVmol, CH3OH的質(zhì)量為0.15 aV×32= 4.8aV；正確答案：4.8aV。

（4）PbSO4(s)+CO32-(aq) PbCO3(s)+SO42-(aq), 反應(yīng)的平衡常數(shù)K= c(SO42-)/ c(CO32-)= Ksp(PbSO4)/ Ksp(PbCO3)= 1.6x10-8/7.4×10-14=2.16×105；若在其溶液中加入少量Pb(NO3)2晶體,對(duì)平衡沒有影響，平衡不移動(dòng)，所以c(SO42-):c(CO32-)的比值不變；正確答案：2.16×105；不變。