Question

【题目】I. 科学家研究出一种以天然气为燃料的“燃烧前捕获系统”，其简单流程如图所示部分(条件及物质未标出)。

（1）工业上可用H2和CO2制备甲醇，其反应为：CO2(g)+3H2(g) CH3OH(g)+H2O(g)，某温度下，将1 mol CO2和3 mol H2充入体积不变的2 L密闭容器中，发生上述反应，测得不同时刻反应前后的压强关系如下：

时间/h	1	2	3	4	5	6
P后/P前	0.9	0.85	0.83	0.81	0.80	0.80

用H2 表示前2 h平均反应速率v(H2) ＝__________ mol·（L·h)-1。

（2）在300 ℃、8 MPa下，将二氧化碳和氢气按物质的量之比为1∶3通入一密闭容器中发生(1)中反应，达到平衡时，测得二氧化碳的平衡转化率为50%，则该反应条件下的平衡常数Kp＝ ________(用平衡分压代替平衡浓度计算，分压＝总压×物质的量分数)。

（3）CO2经催化加氢可合成低碳烯烃：2CO2(g)+6H2(g) C2H4(g)+4H2O(g) ΔH。在0.1 MPa时，按n(CO2)∶n(H2)＝1∶3投料，如图所示为不同温度(T)下，平衡时四种气态物质的物质的量(n)关系：

①该反应的ΔH ______ 0 (填“＞”、“＝”或“＜”)。

②曲线c表示的物质为 ____________________。

II. 砷有两种常见的弱酸，砷酸(H3AsO4)和亚砷酸(H3AsO3)。某小组欲探究可逆反应AsO33-+I2+2OH- AsO43- + 2I- + H2O。设计如下图I所示装置。实验操作及现象:按图I装置加入试剂并连接装置，电流由C2流入C1。当电流变为零时，向图I装置左边烧杯中逐滴加入一定量2mol/L的盐酸，发现又产生电流，实验中电流与时的关系如图II所示。

（1）图II中AsO43-的逆反应速率:a____b( 填“>”、“<”或“=” )。

（2）写出图II中c点对应图I装置的正极反应式__________________________。

（3）能判断该反应达到平衡状态的是________。

a.2v(I-)正=v(AsO33-)逆b.溶液的pH不再变化

c.电流表示数变为零 d.溶液颜色不再变化

Answer 1

【答案】0.225 MPa-2（或0.021MPa-2） < C2H4 < AsO43-+2e-+2H+=AsO33-+H2O bcd

【解析】

I. (1)列出三段式，找出浓度变化量，再根据v(H2)=计算；

(2) 列出三段式，找出CO2、H2、CH3OH、H2O的分压，再根据v(H2)=Kp=计算；

(3)①由曲线变化可知随着温度升高，氢气的物质的量逐渐增多，说明升高温度平衡逆向移动，则正反应放热，ΔH<0。

②随着温度升高，氢气的物质的量逐渐增多，因氢气为反应物，则另一条逐渐增多的曲线a代表CO2，由计量数关系可知曲线b代表水，曲线c代表C2H4。

II. （1）随着反应的进行，离子浓度减小，电流减小，正反应速率减小，逆反应速率增大，故图II中AsO43-的逆反应速率：a<b；

（2）图II中c点酸性条件下对应图I装置的正极AsO43-得电子产生AsO33-；

（3）a.根据速率关系，v(I-)正=2v(AsO33-)逆 ，则等式始终成立，反应不一定处于平衡状态；b.溶液的pH不再变化，则氢氧根离子浓度也保持不变，反应处于平衡状态；

c.电流表示数变为零则氧化还原反应中电子转移不再增减，反应物的浓度保持不变，反应处于平衡状态；

d.溶液颜色不再变化，则碘单质的浓度保持不变，反应处于平衡状态；

I. (1)由反应前后的压强关系可知2 h时，体系中气体的总的物质的量为4mol0.85=3.4 mol，减少了0.6 mol。

CO2(g)　+ 3H2(g) CH3OH(g)+ H2O(g)　 Δn(减少)

起始(mol)　　1　　　 3　　　 　0　　　 　0 2

变化(mol)　　0.3　 0.9　 　 0.3　 　0.3　　 0.6

2h末(mol)　 0.7　　 2.1　 0.3　　 　0.3

v(H2)===0.225 mol·L-1·h-1。

因此，本题正确答案是：0.225；

(2)设开始时投入CO2和H2的物质的量分别为1 mol和3 mol。

CO2(g)　+ 3H2(g) CH3OH(g)+ H2O(g)　

起始(mol)　　1　　　 3　　　 　0　　　 　0

变化(mol)　　0.5　 1.5　 　 0.5　 　0.5　　

平衡(mol)　 0.5　　 1.5　 0.5　　 　0.5

则平衡时

p(CO2)=8 MPa×=4/3 MPa， p(H2)=8 MPa×=4 MPa，p(CH3OH)=8 MPa×=4/3 MPa，p(H2O)=8 MPa×=4/3 MPa，Kp===≈0.021(MPa-2)。

因此，本题正确答案是： MPa-2（或0.021MPa-2）；

(3)①由曲线变化可知随着温度升高，氢气的物质的量逐渐增多，说明升高温度平衡逆向移动，则正反应放热，ΔH<0。

②随着温度升高，氢气的物质的量逐渐增多，因氢气为反应物，则另一条逐渐增多的曲线a代表CO2，由计量数关系可知曲线b代表水，曲线c代表C2H4。

因此，本题正确答案是：<；C2H4；

II. （1）随着反应的进行，离子浓度减小，电流减小，正反应速率减小，逆反应速率增大，故图II中AsO43-的逆反应速率：a<b；

因此，本题正确答案是：<；

（2）图II中c点酸性条件下对应图I装置的正极AsO43-得电子产生AsO33-，电极反应式为AsO43-+2e-+2H+= AsO33-+H2O；

因此，本题正确答案是：AsO43-+2e-+2H+=AsO33-+H2O；

（3）a.根据速率关系，v(I-)正=2v(AsO33-)逆 ，则等式始终成立，反应不一定处于平衡状态；b.溶液的pH不再变化，则氢氧根离子浓度也保持不变，反应处于平衡状态；

c.电流表示数变为零，则氧化还原反应的正反应速率与逆反应速率相等，反应物的浓度保持不变，反应处于平衡状态；

d.溶液颜色不再变化，则碘单质的浓度保持不变，反应处于平衡状态；

因此，本题正确答案是：bcd。