Question

【题目】科学家对一碳化学进行了广泛深入的研究并取得了一些重要成果。

（1）目前工业上有一种方法是用CO2和H2在230℃催化剂条件下转化生成甲醇蒸汽和水蒸气。下图表示恒压容器中0.5molCO2和1.5molH2转化率达80%时的能量变化示意图。写出该反应的热化学方程式：__________________。

（2）现向三个体积均为2L的恒容密闭容器Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ中均分别充入lmolCO和2molH2发生反应：CO(g)+2H2(g)CH3OH(g) △H1=-90.1kJ/mol。三个容器的反应温度分别为T1、T2、T3且恒定不变，当反应均进行到5min时H2的体积分数如图所示，其中只有一个容器中的反应己经达到平衡状态.

① 三个容器中一定达到平衡状态的是容器_____（填序号，下同）

②0～5min时间内容器I中用CH3OH表示的化学反应速率为__________。

③ 当三个容器中的反应均达到平衡状态时CO 的转化率最高的是容器_____；平衡常数最小的是容器______。

（3）CO常用于工业冶炼金属．右下图是在不同温度下CO还原四种金属氧化物达平衡后气体中lg[]与温度（t）的关系曲线图。下列说法正确的是_______。

A.工业上可以通过增高反应装置来延长矿石和CO接触的时间，减少尾气中CO的含量

B.CO不适宜用于工业冶炼金属铬（Cr）

C.工业冶炼金属铜（Cu）时较低的温度有利于提高CO的利用率

D.CO还原PbO2的反应△H>O

（4）某工厂工业废水中含有甲醛，该厂降解甲醛的反应机理如图所示，则X表示的粒子是____，总反应的化学方程式为_________。

Answer 1

【答案】 CO2（g）+3H2（g）CH3OH（g）+H2O（g） △H＝-49kJ/mol Ⅲ 0．067 mol/（L·min） I Ⅲ BC（ HCO3- ,HCHO+O2CO2+H2O

【解析】（1）由恒压容器中0.5molCO2和1.5molH2转化率达80%时的能量变化示意图可知，0.5molCO2和1.5molH2转化率达80%时的能量变化为3.4kJ/mol-23kJ/mol=19.6kJ/mol,由此求出1molCO2和3molH2转化率达100%时的能量变化为49kJ/mol，所以该反应的热化学方程式为CO2（g）+3H2（g）CH3OH（g）+H2O（g） △H＝-49kJ/mol。

（2）由图像可知，T3>T2>T1,所以反应前5min的平均速率为III>II>I，从速率方面讲，最先到达平衡状态的一定是III，由于该反应△H1<0为放热反应，该反应的化学平衡常数随温度升高而减小，所以从反应限度方面讲，最先到达平衡状态的也一定是III。

① 三个容器中一定达到平衡状态的是容器III。

②设0～5min时间内容器I中CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)氢气的转化率为x

起始量（mol） 1 2 0

变化量（mol） x 2 x

5min量（mol） 1- x 2-2x x

由氢气的体积分数为0.4=，解之得x=0.67，则用CH3OH表示的化学反应速率为 =0．067 mol/（L·min） 。

③ 当三个容器中的反应均达到平衡状态时，KI>KII>KIII，CO 的转化率最高的是容器I；平衡常数最小的是容器III。

（3）在平衡体系中，lg[]的值越小，说明反应的CO的转化率越高，金属氧化物越容易被还原，反之则越低，金属氧化物越难被还原。由达平衡后气体中lg[]与温度（t）的关系曲线图可知：A.工业上可以通过增高反应装置来延长矿石和CO接触的时间，减少尾气中CO的含量，这个说法不正确，在平衡状态下，CO的百分含量是保持不变的；B.由图可知，即使在1300℃，lg[]>2， >102，则Cr2O3（s）+3CO(g)2Cr(s)+3CO2(g),K= <10-6，所以CO不适宜用于工业冶炼金属铬（Cr）是正确的；C.由图可知，在较低的温度下，lg[]的值较小，所以工业冶炼金属铜（Cu）时较低的温度有利于提高CO的利用率是正确的；D.由图像可知，CO还原PbO2的反应中lg[]的值随温度升高而增大，说明该反应的化学平衡常数随温度升高而减小，所以该反应为放热反应，△H<O ,D不正确。综上所述BC正确。

（4）由图可知，-CHO与O2-反应后生成X，而X与H+反应生成的是CO2，所以X表示的粒子是HCO3-，总反应的化学方程式为,HCHO+O2CO2+H2O。