题目内容
6．CO2作为未来碳源，既可弥补因石油、天然气等大量消耗引起的“碳源危机”，又可有效地解决温室效应．目前，人们利用光能和催化剂，可将CO2和H2O（g）转化为CH4和O2．某研究小组选用不同的催化剂（a，b，c），获得的实验结果如图1所示，
请回答下列问题：
（1）反应开始后的12小时内，在b（填a、b、c）的作用下，收集CH4的最多．
（2）将所得CH4与H2O（g）通入聚焦太阳能反应器，发生反应CH4（g）+H2O（g）?CO（g）+3H2（g）△H=+206kJ•mol-1．将等物质的量的CH4和H2O（g）充入2L恒容密闭容器，某温度下反应5min后达到平衡，此时测得CO的物质的量为0.10mol，则5min内H2的平均反应速率为0.03mol/（L•min）．平衡后可以采取下列AB的措施能使n（CO）：n（CH4）增大．
A．加热升高温度
B．恒温恒压下充入氦气
C．恒温下缩小容器体积
D．恒温恒容下再充入等物质的量的CH4和H2O
（3）工业上可以利用CO为原料制取CH3OH．
已知：CO2（g）+3H2（g）?CH3OH（g）+H2O（g）△H=-49.5kJ•mol-1
CO2（g）+H2（g）?CO（g）+H2O（g）△H=+41.3kJ•mol-1
①试写出由CO和H2制取甲醇的热化学方程式CO（g）+2H2（g）?CH3OH（g）△H=-90.8kJ•mol-1．
②该反应的△S＜0（填“＞”或“＜”或“=”），在低温情况下有利于该反应自发进行．
（4）某科研人员为研究H2和CO合成CH3OH的最佳起始组成比n（H2）：n（CO），在l L恒容密闭容器中通入H2与CO的混合气（CO的投入量均为1mol），分别在230℃、250℃和270℃进行实验，测得结果如图2，则230℃时的实验结果所对应的曲线是X（填字母）；理由是该反应是放热反应，温度越低转化率越高．列式计算270℃时该反应的平衡常数K：1．
分析 （1）图中三条曲线，b的斜率最大，所以反应速率最快；
（2）根据v=$\frac{△c}{△t}$计算v（CO），再利用速率之比等于化学计量数之比计算v（H2）；
A．加热升高温度，平衡逆向移动；
B．恒温恒压下充入氦气，容器容积增大，平衡正向移动；
C．恒温下缩小容器体积，压强增大，平衡逆向移动；
D．恒温恒容下再充入等物质的量的CH4和H2O，等效为在原平衡的基础上增大一倍压强，与原平衡相比，平衡逆向移动；
（3）①已知：Ⅰ．CO2（g）+3H2（g）?CH3OH（g）+H2O（g）△H=-49.5kJ•mol-1
Ⅱ．CO2（g）+H2（g）?CO（g）+H2O（g）△H=+41.3kJ•mol-1
根据盖斯定律，Ⅰ-Ⅱ可得：CO（g）+2H2（g）?CH3OH（g），焓变为二者之差；
②正反应为气体物质的量减小的反应，则为熵减的反应，△G=△H-T△S＜0反应自发进行；
（4）合成甲醇是放热反应，升高温度平衡逆向移动，CO的转化率减小，则230℃时的实验结果所对应的曲线是X，270℃对应的曲线是Z，加入氢气为2mol时，CO转化率为50%，计算平衡时各组分的物质的量，容器的体积为1L，用物质的量代替浓度代入平衡常数K=$\frac{c（C{H}_{3}OH）}{c（CO）×{c}^{2}（{H}_{2}）}$计算．
解答 解：（1）图中三条曲线，b的斜率最大，所以反应速率最快，开始后的12小时内，收集到的甲烷最多，故答案为：b；
（2）5min内CO的平均化学反应速率v（CO）=$\frac{\frac{0.1mol}{2L}}{5min}$=0.01mol/（L•min），速率之比等于化学计量数之比，v（H2）=3v（CO）=0.03mol/（L•min），
A．加热升高温度，化学平衡正向移动，n（CO）增大、n（CH4）减小，二者之比增大，故A正确；
B．恒温恒压下充入氦气，容器容积增大，平衡正向移动，n（CO）增大、n（CH4）减小，二者之比增大，故B正确；
C．恒温下缩小容器体积，压强增大，平衡逆向移动，n（CO）减小、n（CH4）增大，二者之比减小，故C错误；
D．恒温恒容下再充入等物质的量的CH4和H2O，等效为在原平衡的基础上增大一倍压强，与原平衡相比，平衡逆向移动，n（CO）：n（CH4）减小，故D错误，
故答案为：0.03mol/（L•min）；AB；
（3）①已知：Ⅰ．CO2（g）+3H2（g）?CH3OH（g）+H2O（g）△H=-49.5kJ•mol-1
Ⅱ．CO2（g）+H2（g）?CO（g）+H2O（g）△H=+41.3kJ•mol-1
根据盖斯定律，Ⅰ-Ⅱ可得：CO（g）+2H2（g）?CH3OH（g）△H=-90.8kJ•mol-1
故答案为：CO（g）+2H2（g）?CH3OH（g）△H=-90.8kJ•mol-1；
②正反应为气体物质的量减小的反应，则为熵减的反应，△S＜0，正反应为放热反应，则△H＜0，△G=△H-T△S＜0反应自发进行，低温有利于反应自发进行，
故答案为：＜；低温；
（4）合成甲醇是放热反应，升高温度平衡逆向移动，CO的转化率减小，则230℃时的实验结果所对应的曲线是X，270℃对应的曲线是Z，加入氢气为2mol时，CO转化率为50%，则：
CO（g）+2H2（g）?CH3OH（g）
起始量（mol）：1 2 0
变化量（mol）：0.5 1 0.5
平衡量（mol）：0.5 1 0.5
容器的体积为1L，用物质的量代替浓度计算，则平衡常数K=$\frac{c（C{H}_{3}OH）}{c（CO）×{c}^{2}（{H}_{2}）}$=$\frac{0.5}{0.5×{1}^{2}}$=1，
故答案为：X；该反应是放热反应，温度越低转化率越高；1．
点评 本题考查化学平衡计算及影响因素、平衡常数、速率计算、热化学方程式书写等，旨在考查学生对基础知识的理解运用，难度中等．
| HA | H2B | H2C | H3D |
| 1.8×10-5 | K1=4.3×10-7 K2=5.6×10-11 | K1=9.1×10-8 K2=1.1×10-12 | K1=7.5×10-3 K2=6.2×10-8 K3=2.2×10-13 |
（2）HA、H2B、H2C、H3D四种酸中酸性最强的是H3D，最弱的是H2C；
（3）向10mL 0.01mol/L Na2B溶液中逐滴加入10mL 0.01mol/L HA溶液，并充分搅拌，反应的离子方程式是B2-+HA=HB-+A-；
（4）将等物质的量的HA、H2B、H2C、NaH2D溶于水配成混合溶液，若逐滴加入烧碱溶液，这四种物质中最先与烧碱反应的离子方程式是H3D+OH-=H2O+H2D-，若加入足量的烧碱溶液，最后与OH-反应的离子是HD2-+OH-=H2O+D3-．
CH2OH（CHOH）4CHO+Br2+H2O→C6H12O7（葡萄糖酸）+2HBr
2C6H12O7（葡萄糖酸）+CaCO3→Ca（C6H11O7）2（葡萄糖酸钙）+H2O+CO2↑
相关物质的溶解性见下表：
| 物质名称 | 葡萄糖酸钙 | 葡萄糖酸 | 溴化钙 | 氯化钙 |
| 水中的溶解性 | 可溶于冷水易溶于热水 | 可溶 | 易溶 | 易溶 |
| 乙醇中的溶解性 | 微溶 | 微溶 | 可溶 | 可溶 |
葡萄糖溶液滴加3%溴水/55℃：①过量CaCO3/70℃②趁热过滤 ③乙醇 ④悬浊液
抽滤⑤洗涤⑥干燥⑦Ca（C6H11O7）2
葡萄糖溶液$→_{①}^{滴加3%溴水/55℃}$ $\underset{\stackrel{过量CaC{O}_{3}/70℃}{→}}{②}$ $→_{③}^{趁热过滤}$ $→_{④}^{乙醇}$ 悬浊液$→_{⑤}^{抽滤}$ $→_{⑥}^{洗涤}$$→_{⑦}^{干燥}$Ca（C6H11O7）2
请回答下列问题：
（1）第 ①步中溴水氧化葡萄糖时，下列装置最合适的是B（填序号）．
（2）第 ②步充分反应后CaCO3固体需有剩余，其目的是提高葡萄糖酸的转化率，且过量的碳酸钙易除去．
（3）本实验中不宜用CaCl2替代CaCO3，理由是氯化钙难以与葡萄糖酸直接反应制得葡萄糖酸钙．
（4）第 ③步需趁热过滤，其原因是葡萄糖酸钙冷却后会结晶析出，如不趁热过滤或损失产品．
（5）葡萄糖溶液与新制Cu（OH）2悬浊液反应的化学方程式为CH2OH（CHOH）4CHO+2Cu（OH）2+NaOH$\stackrel{△}{→}$CH2OH（CHOH）4COONa+Cu2O↓+3H2O．
| A． | 增强 | B． | 减弱 | C． | 不变 | D． | 无法判断 |
| A． | 热稳定性：HCl＞HBr＞HI | |
| B． | 微粒的半径：Cl-＞Na+＞Mg2+ | |
| C． | 离子的还原性：S2-＞Cl-＞F- | |
| D． | 电离程度（同温度同浓度溶液中）：HCl＞CH3COOH＞NaHCO3 |