Question

【题目】请运用化学反应原理的相关知识研究碳及其化合物的性质。

(1)工业上可利用CO或CO2来制备清洁液体燃料甲醇。已知: 800℃时

反应①:2H2(g)+CO(g)CH3OH(g) △H=-90.8 kJ/mol

反应②:H2(g)+CO2(g)H2O(g)+CO(g) △H=+41.2kJ/mol

(1)写出用CO2与H2反应制备甲醇的热化学方程式___________________________________。

(2)对于反应①，在体积一定的密闭容器中按物质的量之比1:2充入CO和H2，测得平衡混合物中CH3OH的体积分数在不同压强下随温度的变化如图1所示。据此判断

①压强P1_____P2(填“>”“<”或“=”，下同)

②平衡常数K(状态C)_____K(状态D)

③反应速率:V逆(状态A)_____V逆(状态B)

(3)对于反应②，在体积一定的密闭容器中加入一定量的H2和CO。进行反应。下列说法正确的是______。

A.若该反应在恒容，绝热的容器中进行，当容器中压强保持不变时表明反应达到平衡状态

B.该反应达到平衡时，向平衡体系中充入一定量的氦气，平衡可能发生移动

C.恒温恒容条件下，若改变反应物的投入量，△H的值不发生变化

D.恒温恒容条件下，若投入气体的总量保持不变，设起始投料比[n(H2)/n(CO2)]=X，当X=2或1/2时，H2O的体积分数不变。

(4)利用光能和光催化剂，可将CO2和H2O(g)转化为CH4和O2。紫外线照射时，在不同催化剂(I、II、III)作用下，CH4产量随光照时间的变化如下图2所示，在0-15h内，对反应催化效果最好的催化剂是____________(填序号)。

(5)一种新利CO燃料电池工作原理如上图3所示，该电池负极电极反应式为______________，电极A处产生的CO2有部分参与循环利用，其利用率为______________________。

Answer 1

【答案】 CO2(g)+3H2(g) CH3OH(g)+H2O(g)△H=-49.6kJ/mol > = < A C D II CO+CO32--2e-=2CO2 50%

【解析】(1)①2H2(g)+CO(g)CH3OH(g) △H=-90.8kJmol-1，②H2(g)+CO2(g)H2O(g)+CO(g) △H=+41.2kJmol-1，根据盖斯定律，①+②可得：3H2(g)+CO2(g)CH3OH(g)+H2O(g) △H=-49.6kJ/mol，故答案为：3H2(g)+CO2(g)CH3OH(g)+H2O(g)△H=-49.6kJ/mol；

(2)①由300℃时，增大压强，平衡正向移动，CH3OH的体积分数增大，所以P1＞P2，故答案为：＞；

②平衡常数与压强无关，只与温度有关，B、C、D温度相等，则KB=KC=KD，故答案为：=；

③由A到B压强增加，温度升高，逆反应速率增加，故v逆(A)＜v逆(B)，故答案为：＜；

(3)对于反应②H2(g)+CO2(g) H2O(g)+ CO (g) △H=+41.2kJ/mol，在体积一定的密闭容器中加入一定量的H2和CO进行反应。

A.若该反应在恒容，绝热的容器中进行，该反应前后气体的物质的量不变，容器中气体的压强始终不变，但反应吸热，随着反应的进行，气体的压强逐渐减小，当保持不变时说明反应达到平衡状态，正确；B.该反应达到平衡时，向平衡体系中充入一定量的氦气，该反应前后气体的物质的量不变，平衡不可能发生移动，错误；C.恒温恒容条件下，△H的值不随反应物的投入量变化而变化，正确；D. 根据H2(g)+CO2(g) H2O(g)+ CO (g) 可知，恒温恒容条件下，若投入气体的总量保持不变，设起始投料比[n(H2)/n(CO2)]=X，当X=2或1/2时，转化的氢气或二氧化碳的相等，生成的H2O相等，水的体积分数不变，正确；故选ACD；

(4)由图可知，0-15小时内，相同时间内第Ⅱ种催化剂的作用下收集的CH4最多，反应催化效果最好的催化剂是Ⅱ，故答案为：Ⅱ；

(5)负极发生氧化反应，电极反应式为：CO-2e-+CO32-=2CO2，根据负极2CO+2CO32--4e-=4CO2，而正极反应为O2+4e-+2CO2═2CO32-，所以在转移4mol电子相同的情况下负极产生4mol的二氧化碳，而正极消耗2mol的二氧化碳，所以利用率为50%，故答案为：CO-2e-+CO32-=2CO2；50%。