Question

【题目】CO、CO2是化石燃料燃烧后的主要产物。

(1)将体积比为2：1的CO2和CO混合气体通入有足量Na2O2固体的密闭容器中，同时不断地用电火花点燃。将残留固体溶于水，所得溶液中2c(CO32-)+c(HCO3-)____________c(Na+)（填“>”“<”或“=”） 。

(2)已知：2CO(g)+O2(g)=2CO2(g) △H=-566.0 kJ/mol；键能E（o=o）=499.0 kJ/mol

①CO(g)+O2(g)CO2(g)+O(g) 的△H=____________kJ/mol

②已知2500K时，①中反应的平衡常数为0.40。某时刻该反应体系中各物质浓度满足： c(CO)·c(O2)=c(CO2)·c(O)，则此时反应____________（填向左”或“向右”）进行。

(3)已知：反应CO2(g)CO(g)+O(g)在密闭容器中CO2分解实验的结果如下图1；反应2CO2(g)2CO(g)+O2(g)中1molCO2在不同温度下的平衡分解量如下图2，

①分析图1，求2min内v(CO2)=_______。

②分析图2，1500℃时反应达平衡，此时容器体积为1 L，则反应的平衡常数K=______(计算结果保留1位小数)。

(4)为探究不同催化剂对CO和H2合成CH3OH的选择性效果，某实验室控制CO和H2的初始投料比为1：3进行实验，得到如下数据：

选项	T/K	时间/min	催化剂种类	甲醇的含量(%)
A	450	10	CuO-ZnO	78
B	450	10	CuO-ZnO-ZrO2	88
C	450	10	ZnO-ZrO2	46

①由表1可知，该反应的最佳催化剂为____________（填编号）；图3中a、b、c、d四点是该温度下CO的平衡转化率的是____________。

②有利于提高CO转化为CH3OH的平衡转化率的措施有____________。

A. 使用催化剂CuO－ZnO－ZrO2 B. 适当降低反应温度

C. 增大CO和H2的初始投料比 D. 恒容下，再充入a mol CO和3a mol H2

Answer 1

【答案】< -33.5 向左 3×10-7 mol/(Lmin) 3.2×10-8 mol/L B cd BD

【解析】

(1)碳酸钠在溶液中水解显碱性，结合溶液中电荷守恒分析；

(2)①根据盖斯定律，将已知的热化学方程式叠加，可得待求反应的热化学方程式；

②根据Qc与K的相对大小判断；

(3)①2min内O的浓度增大0.6×10-6 mol/L，则二氧化碳减小0.6×10-6mol/L，根据v(CO2)=计算；

②根据物质反应转化关系，计算平衡时各种物质的物质的量，利用体积比等于物质的量的比，结合K的含义计算；

(4)①表中数据可知，相同条件下甲醇的含量最高时催化剂效果最好，图2中a、b、c、d四点是该温度下CO平衡转化率的必须是平衡状态下的转化率；

②由CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g) △H1=-53.7 kJ/mol可知提高CO2转化为CH3OH平衡转化率，应使平衡向正向移动，可降低温度，增大浓度。

(1) Na2O2与CO2反应：2CO2+2Na2O2=2Na2CO3+O2，电火花不断引燃，发生反应：2CO+O22CO2，整个过程相当于CO+Na2O2=Na2CO3，由于加入足量的Na2O2固体，则反应后的气体只能为O2，所以反应后生成物的化学式是Na2CO3、O2；Na2CO3在溶液中水解显碱性，则c(OH-)>c(H+)。溶液中电荷守恒为：2c(CO32-)+c(HCO3-)+c(OH-)=c(H+)+c(Na+)，由于c(OH-)>c(H+)，所以2c(CO32-)+c(HCO3-)<c(Na+)；

(2)①已知：(i)2CO(g)+O2(g)=2CO2(g) △H=-566.0 kJ/mol；

(ii)O2(g)=2O(g) △H=+499 kJ/mol；

根据盖斯定律：[(i)+ (ii)]÷2，整理可得：两个方程相加除以2即可得到CO(g)+O2(g)CO2(g)+O(g) 的△H=-33.5 kJ/mol；

②某时刻该反应体系中各物质浓度满足：c(CO)·c(O2)=c(CO2)·c(O)，则Qc==1>K=0.40，则反应向左进行；

(3)①2min内O的浓度增大0.6×10-6 mol/L，则CO2的浓度减小0.6×10-6 mol/L，则v(CO2)==3×10-7 mol/(L·min)；

②在反应开始时n(CO2)=1 mol，设生成的O2为x mol，则平衡时n(O2)=x mol，n(CO)=2x mol，n(CO2)=(1-2x) mol，由于平衡时，氧气的体积分数为0.2，则=0.2，解得x=0.002，此时容器体积为1 L，则c(CO2) =0.996 mol/L，c(CO)=0.004 mol/L，c(O2)=0.002 mol/L，所以该反应的化学平衡常数K= mol/L≈3.2×10-8 mol/L；

(4)①表中数据可知，相同条件下甲醇的含量最高时催化剂效果最好，所以甲醇含量88%最高，催化剂CuO-ZnO-ZrO2最佳，故合理选项是B；

图3中a、b、c、d四点是该温度下CO平衡转化率的必须是平衡状态下的转化率，a、b点反应未达到平衡状态，不是平衡转化率，而c、d点是平衡转化率，故合理选项是cd；

②A.使用催化剂CuO-ZnO-ZrO2 加快反应速率，但不能使化学平衡发生移动，因此不能提高CO的平衡转化率，A错误；

B.该反应的正反应是放热反应，适当降低反应温度，可以使化学平衡正向移动，可增大反应物CO的转化率，B正确；

C.增大CO和H2的初始投料比，可增大H2的转化率，CO的转化率减小，C错误；

D.恒容下，再充入a molCO和3a mol H2，相当于增大压强，中的压强，化学平衡向气体体积减小的正反应方向移动，CO转化率增大，D正确；

故合理选项是BD。