Question

2．用太阳能电解水可获得最理想的单质燃料X，但运输极不方便，国外试用了如下的方法把X转变成便于运输的甲醇燃料；将空气通过极浓的NaOH溶液中，此时空气中的Y有70%被吸收，转变为正盐Z，当Z达到饱和后即加入硫酸，此时溶液会放出纯净的气体Y．一定条件下通过X与Y反应生成甲醇．试回答以下问题：
（1）Z是Na₂CO₃（写化学式），X和Y反应的化学方程式为CO₂+3H₂?CH₃OH+H₂O．
（2）温度仍为120℃，活塞可左右自由滑动并且导热，

起始时Ⅰ中X为n mol，Y为6.5 mol，CH₃OH（g）和D各为2 mol；Ⅱ中A、B、C各为4 mol．当 n 在一定范围内变化时，均可通过调节反应器的温度（Ⅰ和Ⅱ中温度始终相等），使两侧反应都达到平衡，并且隔板恰好处于反应器的正中位置．
回答下列问题：
①若 n=2.5，则1中起始时反应向正反应（填“正反应”或“逆反应”）方向进行．欲使起始时反应向该方向进行，则 n 的取值范围是1.5＜n＜4.5．
②若 n 分别取3.0和4.0，则在这两种情况下，当反应分别达到平衡时，A的物质的量不相等（填“相等”或“不相等”），理由是温度不同．

Answer 1

分析 （1）水分解得到的可燃气体为氢气，则X为氢气；空气中能被NaOH吸收的气体为CO₂，则Y为CO₂、Z为Na₂CO₃；CO₂与氢气反应生成甲醇；
（2）①n=2.5时，I中气体初始物质的量为：2.5 mol+6.5 mol+2 mol+2 mol=13 mol，Ⅱ中气体的物质的量始终为12 mol，如要是隔板停留在中间，左侧反应应向正反应方向移动，以使气体体积得到12 mol；
要使反应向正方向进行，左侧气体的初始物质的量应大于12 mol，则n mol+10.5 mol＞12 mol，同时还要满足，当CO₂或H₂完全转化为产物时，气体总物质的量应小于12 mol，若CO₂完全转化，生成CH₃OH和H₂O物质的量均为6.5 mol，已经大于12 mol，故应为氢气完全转化时，气体总物质的量小于12 mol，则6.5 mol-$\frac{1}{3}$n mol+4 mol+$\frac{2}{3}$n mol＜12 mol，据此进行计算；
②当n取值3.0和4.0时，反应达平衡时总物质的量不变，反应的转化率不同，结合反应温度不同判断平衡时A的物质的量．

解答 解：（1）水分解得到的可燃气体为H₂，则X为氢气；空气中能被NaOH吸收的气体为CO₂，则Y为CO₂、Z为Na₂CO₃，CO₂与氢气反应生成甲醇的反应为：CO₂+3H₂O=CH₃OH+H₂O，
故答案为：Na₂CO₃；CO₂+3H₂?CH₃OH+H₂O；
（2）①n=2.5时，I中气体初始物质的量为：2.5 mol+6.5 mol+2 mol+2 mol=13 mol，Ⅱ中气体的物质的量始终为12 mol，如要是隔板停留在中间，左侧反应应向正反应方向移动，以使气体体积得到12 mol；
要使反应向正方向进行，左侧气体的初始物质的量应大于12 mol，故：n mol+10.5 mol＞12 mol，即n＞1.5，同时还要满足，当CO₂或H₂完全转化为产物时，气体总物质的量应小于12 mol，若CO₂完全转化，生成CH₃OH和H₂O物质的量均为6.5 mol，已经大于12 mol，故应为氢气完全转化时，气体总物质的量小于12 mol，则有：6.5 mol-$\frac{1}{3}$n mol+4 mol+$\frac{2}{3}$n mol＜12 mol，n＜4.5，所以n的取值范围为：1.5＜n＜4.5，
故答案为：正反应；1.5＜n＜4.5；
②当n取值3.0和4.0时，反应达平衡时总物质的量均为12 mol时，反应的转化率不同，反应温度不同，故平衡时A的物质的量不同，
故答案为：不相等；温度不同．

点评 本题考查了化学平衡的移动、物质的推断以及有关基本计算，题目难度中等，明确化学平衡及其影响为解答关键，注意掌握讨论法在化学计算中的应用，试题培养了学生的分析、理解能力及化学计算能力．