Question

【題目】發(fā)展新能源、改善空氣質(zhì)量等一直是化學研究的熱點�；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)。該反應歷程如圖所示。

上述合成甲醇的反應的有機副產(chǎn)物有__________；由于該反應速率較慢，需要加入催化劑使反應速率加快，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，可制合成氣，主要反應(I)、(II)的lg KP(KP為以分壓表示的平衡常數(shù))與T的關系如圖所示。

①反應(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(II)，反應5分鐘到達圖中d點，請計算0～5 min時，CO平均反應速率________；此時CO的轉(zhuǎn)化率為________；已知：反應速率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、逆反應速率常數(shù)，x為物質(zhì)的量分數(shù)，計算e處的=______；

③c點時，若反應容器中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，反應的能壘越低，反應越容易進行，副產(chǎn)物的量越多；反應的能壘越大，反應的反應速率越慢；

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

②根據(jù)圖象確定Kp，利用物質(zhì)加入量及轉(zhuǎn)化量關系，確定平衡時各種物質(zhì)的濃度，再根據(jù)化學反應速率和物質(zhì)轉(zhuǎn)化率的含義進行計算；根據(jù)e點lgKp計算CO轉(zhuǎn)化率，得到各種氣體的物質(zhì)的量分數(shù)，結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點是兩個反應的交點，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，該反應速率最慢，決定整個反應的快慢，所以要想提高整個反應速率，應該降低該反應的能壘，故合理選項是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，化學平衡向吸熱反應方向移動，因此該反應的正反應為吸熱反應，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(II) CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g)，反應5分鐘到達圖中d點，此時lgKp=0，則Kp=1，根據(jù)化學反應速率與物質(zhì)反應關系，由于加入1 mol CO、1 mol H2O，反應是按1：1物質(zhì)的量關系進行，剩余的CO、H2O也是1：1物質(zhì)的量關系，反應產(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n(CO)=0.5 mol，c(CO)=c(H2O)=c(H2)=c(CO2)= =0.05 mol/L，則0～5 min時，CO平均反應速率v(CO)= =0.01mol/(L·min)；此時CO的轉(zhuǎn)化率為×100%=50%；由于反應速率v=v正-v逆=k正·x(CO)·x(H2O)-k逆·x(CO2)·x(H2)，反應達到平衡時，v正=v逆，所以k正·x(CO)·x(H2O)=k逆·x(CO2)·x(H2)，則=K，e點時lgKp=-2，Kp=10-2，由于反應開始時c(CO)=c(H2O)=0.1 mol/L，c(H2)=c(CO2)=0，假設反應產(chǎn)生CO2、H2的物質(zhì)的量濃度是a mol/L，則平衡時c(CO)=c(H2O)=(1-a)mol/L，c(H2)=c(CO2)=a mol/L，該反應是反應前后氣體體積不變的反應，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，此溫度下反應達到平衡時，Kp=1，所以e處的=Kp× =100；

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