Question

13．中国政府承诺，到2020年，单位GDP二氧化碳排放比2005年下降40%～50%．
（1）有效减碳的手段之一是节能，下列制氢方法最节能的是C．
A．电解水制氢：2H₂O$\frac{\underline{\;电解\;}}{\;}$2H₂↑+O₂↑
B．高温使水分解制氢：2H₂O$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$2H₂↑+O₂↑
C．太阳光催化分解水制氢：2H₂O$\frac{\underline{\;\;\;TiO_{2}\;\;\;}}{太阳光}$2H₂↑+O₂↑
D．天然气制氢：CH₄+H₂O$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$CO+3H₂
（2）CO₂可转化成有机物实现碳循环．在体积为1L 的密闭容器中，充入1mol CO₂和3mol H₂，一定条件下反应：CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）△H=-49.0kJ/mol，测得CO₂和CH₃OH（g）的浓度随时间变化如图所示．
①从3min到9min，v（H₂）=0.125mol/（L•min）．
②能说明上述反应达到平衡状态的是D（填编号）．
A．反应中CO₂与CH₃OH的物质的量浓度之比为1：1（即图中交叉点）
B．混合气体的密度不随时间的变化而变化
C．单位时间内消耗3mol H₂，同时生成1mol H₂O
D．CO₂的体积分数在混合气体中保持不变
（3）工业上，CH₃OH也可由CO和H₂合成．参考合成反应CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）的平衡常数：

温度/℃	0	100	200	300	400
平衡常数	667	13	1.9×10-2	2.4×10-4	1×10-5

下列说法正确的是AC．
A．该反应正反应是放热反应
B．该反应在升高温度时，CH₃OH（g）的体积分数减小，说明v_正（CH₃OH）减小，v_逆（CH₃OH）增大
C．在T℃时，1L密闭容器中，投入0.1mol CO和0.2mol H₂，达到平衡时，CO转化率为50%，则此时的平衡常数为100
D．工业上采用稍高的压强（5Mpa）和250℃，是因为此条件下，原料气转化率最高．

Answer 1

分析 （1）要求制氢方法最节能，可从节能的角度分析；
（2）①根据v=$\frac{△c}{△t}$计算从3min到9minv（H₂）；
②化学反应达到平衡状态时正逆反应速率相等，各物质的浓度不变，由此衍生的物理量不变；
（3）A．依据平衡常数随温度变化和平衡移动原理分析判断；
B．升高温度后正逆反应速率都增大；
C．结合平衡三段式列式计算，平衡常数等于生成物平衡浓度幂次方乘积除以反应物平衡浓度幂次方乘积；
D．正反应吸热，温度越低反应物转化率越高．

解答 解：（1）电解水、高温以及天然气的使用都会消耗能源，不符合低碳要求，使用太阳能可减小低碳，故C正确，
故答案为：C；
（2）①从4min到10min，v（CO₂）=$\frac{0.50mol/L-0.25mol/L}{10min-4min}$，则v（H₂）=3v（CO₂）=3×$\frac{0.50mol/L-0.25mol/L}{10min-4min}$=0.125mol/（L•min）^-1，
故答案为：0.125；
②A．反应中CO₂与CH₃OH的物质的量浓度之比为1：1时，没有达到平衡状态，故A错误；
B．由于气体的总质量不变，容器的体积不变，则无论是否达到平衡状态，气体的密度都不变，故B错误；
C．化学反应速率之比等于化学计量数之比，无论是否达到平衡状态，都存在单位时间内每消耗3molH₂，同时生成1molH₂O，故C错误；
D．CO₂的体积分数在混合气体中保持不变，说明达到平衡状态，故D正确；
故答案为：D；
（3）A．依据平衡常数随温度变化和平衡移动原理分析判断，随温度升高平衡常数减小，正反应为放热反应，故A正确；
B．该反应为放热反应，升高温度时平衡向着逆向移动，CH₃OH（g）的体积分数减小，但v_正（CH₃OH）和v_逆（CH₃OH）都增大，故B错误；
C．结合平衡三段式列式计算，平衡常数等于生成物平衡浓度幂次方乘积除以反应物平衡浓度幂次方乘积，
                          CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）
起始量（mol/L）  0.1          0.2             0
变化量（mol/L）  0.1×50%  0.1           0.05
平衡量（mol/L） 0.05          0.1          0.05
该稳定性该飞跃的平衡常数为：K=$\frac{0.05}{0.05×0．{1}^{2}}$=100，故C正确；
D、工业上采用稍高的压强（5MPa）和250℃，是从转化率和反应速率两方面综合考虑，故D错误；
故答案为：AC．

点评 本题考查化学平衡的计算，题目难度中等，涉及化学平衡常数、化学反应速率的计算、化学平衡状态的判断、环境污染及治理等知识，明确化学平衡及其影响为解答关键，注意掌握三段式在化学平衡计算中的应用，试题培养了学生的分析能力及化学计算能力．