Question

【題目】工業(yè)上采用CO和H2合成再生能源甲醇，反應(yīng)為：2H2(g)+CO(g)CH3OH(g) ΔH<0

（1）一定溫度下，將1molCO與1molH2通入VL恒容密閉容器中發(fā)生反應(yīng)。

①該反應(yīng)能自發(fā)進(jìn)行的條件是______（填“高溫”、“低溫”或“任意溫度”）

②下列說法正確的是______。

A.v正(H2)=2v逆(CO)時，反應(yīng)達(dá)到化學(xué)平衡狀態(tài)

B.達(dá)到平衡時CO與H2的轉(zhuǎn)化率相等

C.恒溫恒壓，往原料氣中通入少量稀有氣體，CO的轉(zhuǎn)化率會降低

D.該反應(yīng)的正反應(yīng)活化能大于逆反應(yīng)活化能

③圖1為溫度對H2合成甲醇反應(yīng)的影響，請從反應(yīng)速率和平衡的角度分析725℃以后H2百分含量隨時間增長呈現(xiàn)該變化趨勢的原因______。

（2）在恒溫T、恒壓P的條件下，將3.0molCO與4.5molH2通入容積可變的密閉容器中。達(dá)平衡時容器的體積為2L，CO的轉(zhuǎn)化率為50%。

①此反應(yīng)的正、逆反應(yīng)速率與濃度的關(guān)系為v正=k正c(CO)·c2(H2)，v逆=k逆c(CH3OH)，其中k正、k逆為速率常數(shù)。在溫度T下k正、k逆的關(guān)系式為k正=_____k逆。

②若平衡時，在t0時刻再向容器中通入9.0molCO，在圖2中畫出充入CO后的v正、v逆隨時間變化的圖像_____。

（3）研究證實(shí)，CO2也可在酸性水溶液中通過電解生成甲醇，請寫出生成甲醇的電極反應(yīng)式______。

Answer 1

【答案】低溫 AC 725℃到825℃，反應(yīng)還未達(dá)平衡，反應(yīng)正向進(jìn)行，H2的轉(zhuǎn)化率增大。溫度為825℃時，反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)，繼續(xù)升高溫度，平衡向吸熱的方向移動，即平衡逆向移動，H2的轉(zhuǎn)化率減小 CO2+6H++6e-=CH3OH+H2O

【解析】

(1)①2H2(g)+CO(g)CH3OH(g)是氣體分子數(shù)減小的反應(yīng)，所以ΔS<0。只有當(dāng)ΔH-T·ΔS<0時，反應(yīng)可自發(fā)進(jìn)行，由于ΔS<0，ΔH<0，只有T較小時，即低溫時，才能保證ΔH-T·ΔS<0，即低溫時，反應(yīng)才能自發(fā)進(jìn)行，故答案為：低溫；

②2H2(g)+CO(g)CH3OH(g)

A．由方程式可知：v正(H2)= 2v正(CO)，又因為v正(H2)=2v逆(CO)，所以，2v正(CO) =2v逆(CO)，即v正(CO) =v逆(CO)，說明反應(yīng)已達(dá)平衡，A正確；

B．CO和H2的起始量都為1mol，但計量數(shù)不同，轉(zhuǎn)化值不同，故二者的轉(zhuǎn)化率不相同，B錯誤；

C．恒溫恒壓，往原料氣中通入少量稀有氣體，則容器體積增大，相當(dāng)于減小壓強(qiáng)，故平衡逆向移動，CO的轉(zhuǎn)化率降低，C正確；

D．ΔH=E正-E逆<0，故E正＜E逆，D錯誤；

故答案為：AC；

③725℃到825℃，反應(yīng)還未達(dá)平衡，反應(yīng)正向進(jìn)行，H2的轉(zhuǎn)化率增大。溫度為825℃時，反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)，繼續(xù)升高溫度，平衡向吸熱的方向移動，即平衡逆向移動，H2的轉(zhuǎn)化率減小，故答案為：725℃到825℃，反應(yīng)還未達(dá)平衡，反應(yīng)正向進(jìn)行，H2的轉(zhuǎn)化率增大。溫度為825℃時，反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)，繼續(xù)升高溫度，平衡向吸熱的方向移動，即平衡逆向移動，H2的轉(zhuǎn)化率減�。�

(2)CO的轉(zhuǎn)化率為50%，則Δn(CO)=3.0mol×50%=1.5mol，列三段式如下：，平衡時，c(H2)=c(CO)=c(CH3OH)=。

①v正=k正c(CO)·c2(H2)，v逆=k逆c(CH3OH)，平衡時，v正=v逆，即k正c(CO)·c2(H2)=k逆c(CH3OH)，即k正==k逆×，故答案為：；

②充入9.0molCO，要保持恒溫恒壓，容器體積增大，容器內(nèi)c(CO)、c(H2)、c(CH3OH)減小，正逆反應(yīng)速率均減小。此時，相當(dāng)于減小壓強(qiáng)，平衡逆向移動，逆反應(yīng)速率大于正反應(yīng)速率，隨著反應(yīng)的繼續(xù)進(jìn)行，c(CO)和c(H2)濃度增大，正反應(yīng)速率增大，c(CH3OH)濃度減小，逆反應(yīng)速率減小，某時刻，正反應(yīng)速率和逆反應(yīng)速率重新相等，達(dá)到新的平衡，圖像如圖所示：，故答案為：；

(3)CO2變成CH3OH，C的化合價從+4降低到-2，降低6，說明CO2得電子變成CH3OH，結(jié)合得失電子守恒、原子守恒、電荷守恒可得電極反應(yīng)為：CO2+6H++6e-=CH3OH+H2O，故答案為：CO2+6H++6e-=CH3OH+H2O。