题目内容

由于温室效应和资源短缺等问题,如何降低大气中的CO2含量并加以开发利用,引起了各国的普遍重视。目前工业上有一种方法是用CO2生产燃料甲醇, 一定条件下发生如下反应:
CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)
(1)写出该反应的平衡常数表达式:K=                 ;已知:K(300℃)>K(350℃),则该反应是_______反应。(填“吸热”或“放热”)
(2)下列情况不能说明该反应一定达到平衡的是      
A混合气体的平均平均相对分子质量不变         B混合气体的压强不变
C单位时间内生成3mol H—H键,同时生成2 mol C=O键   
D.混合气体中 c (H2) : c (CH3OH) = 3:1
(3)为探究反应原理,现进行如下实验:在体积为1L的恒容密闭容器中,充入1molCO2和3molH2,测得CO2和CH3OH(g)的浓度随时间变化如下图所示。从反应开始到平衡,用H2浓度变化表示的平均反应速率v(H2)为           mol·L-1·min-1

(4)下列措施中能使(3)题中n(CH3OH)/n(CO2)增大的有           。(填字母)
A升高温度          B加入催化剂      C将H2O(g)从体系中分离           
D充入He(g),使体系总压强增大          E.再充入1molCO2和3molH2
(5)若在另一个密闭容器中充入1 mol CO2和3 mol H2,保持压强不变,并使初始体积与(3)题中容器体积相等,且在相同的温度下进行反应,达到平衡时该容器中的CO2的体积百分数 ________(3)题中的CO2的体积百分数。(填“>”或“<”或“=”)

(1)K=c(CH3OH)c(H2O)/c(CO2)c3(H2);放热;(2)CD;(3)0.225;(4)CE;(5)<。

解析试题分析:(1)根据反应CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)和化学平衡常数的定义写出该反应的平衡常数表达式:K=c(CH3OH)c(H2O)/c(CO2)c3(H2);已知:K(300℃)>K(350℃),则升高温度,平衡逆向移动,升高温度,平衡向吸热反应方向移动,则该反应是放热反应;(2)A、根据M=m/n判断,随着反应的进行,混合气体的质量不变,物质的量发生变化,混合气体的平均相对分子质量不断变化,当混合气体的平均相对分子质量不变,反应已达平衡状态,错误;B、根据阿伏加德罗定律,同温同体积条件下,气体的压强之比等于物质的量之比,随着反应的进行气体的物质的量不断变化,混合气体的压强不断变化,当混合气体的压强不变时,反应已达平衡状态,错误;C、单位时间内生成3mol H—H键,同时生成2 mol C=O键 ,二者均为逆反应速率,不能说明该反应一定达到平衡,正确;D、混合气体中 c (H2) : c (CH3OH) = 3:1[,不能说明该反应一定达到平衡,正确;选CD;(3)根据题给图像知,10min时反应达到平衡状态,甲醇的浓度变化为0.75mol·L—1,根据公式v=△c/△t计算,v(CH3OH)=0.075 mol·L-1·min-1,利用速率之比等于化学计量数之比计算,v(H2)= 3v(CH3OH)= 0.225 mol·L-1·min-1;(4)A、该反应为放热反应,升高温度,平衡逆向移动,n(CH3OH)/n(CO2)减小,错误;B、加入催化剂 ,平衡不移动,n(CH3OH)/n(CO2)不变,错误;C、将H2O(g)从体系中分离,平衡正向移动,n(CH3OH)/n(CO2)增大,正确;D、等温等容条件下,充入He(g),虽然体系总压强增大,但与反应相关的物质的浓度不变,平衡不移动,n(CH3OH)/n(CO2)不变,错误;E、等温等容条件下,再充入1molCO2和3molH2相当于增大压强,平衡正向移动,n(CH3OH)/n(CO2)增大,正确,选CE;(5)若一个密闭容器中充入1 mol CO2和3 mol H2,保持压强不变,随着反应的进行,容器内气体的物质的量不断减小,容器的体积不断减小,相当于增大压强,平衡正向移动,达到平衡时该容器中的CO2的体积百分数 < (3)题中的CO2的体积百分数。
考点:考查化学反应速率和化学平衡。

练习册系列答案
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(本题16分)降低大气中CO2的含量和有效地开发利用CO2正成为研究的主要课题。
(1)已知在常温常压下:
① 2CH3OH(l) + 3O2(g) = 2CO2(g) + 4H2O(g)  ΔH =-1275.6 kJ/mol
② 2CO (g)+ O2(g) = 2CO2(g)  ΔH =-566.0 kJ/mol
③ H2O(g) = H2O(l)  ΔH =-44.0 kJ/mol
写出甲醇不完全燃烧生成一氧化碳和液态水的热化学方程式:                     
(2)在容积为2L的密闭容器中,充入2mol CO2和6mol H2,在温度500℃时发生反应:
CO2(g)+ 3H2(g)CH3OH(g)+ H2O(g) △H<0。CH3OH的浓度随时间变化如图。回答有关问题:

①从反应开始到20分钟时,H2的平均反应速率v(H2)=_________________。
②从30分钟到35分钟达到新的平衡,改变的条件可能是             
A. 增大压强    B.加入催化剂   C.升高温度    D.增大反应物的浓度 
③列式计算该反应在35分钟达到新平衡时的平衡常数(保留2位小数)
④如果在30分钟时,再向容器中充入2mol CO2和6mol H2,保持温度不变,达到新平衡时,CH3OH的浓度____________1mol.L-1(填“>”、“<”或“=”)。
(3)一种原电池的工作原理为:2Na2S2 + NaBr3 Na2S4 + 3NaBr。用该电池为电源,以氢氧化钾水溶液作电解质进行电解,使CO2在铜电极上可转化为甲烷。
①该电池负极的电极反应式为:                                              
②电解池中产生CH4一极的电极反应式为:                                     
(4)下图是NaOH吸收CO2后某种产物的水溶液在pH从0至14的范围内H2CO3、HCO3、CO32三种成分平衡时的组成分数。

下列叙述正确的是             
A.此图是1.0 mol·L-1碳酸钠溶液滴定1.0 mol·L-1 HCl溶液的滴定曲线
B.在pH分别为6.37及10.25时,溶液中c(H2CO3)=c(HCO3)=c(CO32)
C.人体血液的pH约为7.4,则CO2在血液中多以HCO3形式存在
D.若用CO2和NaOH反应制取NaHCO3,宜控制溶液的pH为7~9之间

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