Question

“雾霾”已成为当今世界环境热点话题，为减少CO、SO₂、NO_x等气体的排放，某环境小组研究使用如下方式．
Ⅰ．使用清洁能，例如二甲醚（ DME）．现由合成气制备二甲醚的主要原理如下：
①CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）△H₁=-90.7kJ?mol^-1
②2CH₃OH（g）?CH₃OCH₃（g）+H₂O（g）△H₂=-23.5kJ?mol^-1
③CO（g）+H₂O（g）?CO₂（g）+H₂（g）△H₃=-41.2kJ?mol^-1
回答下列问题：
（1）则反应3H₂（g）+3CO（g）?CH₃OCH₃（g）+CO₂（g）的△H=

 

kJ?mol^-1．
（2）将合成气以钾

n(H2)

n(CO)

=2通人1L的反应器中，一定条件下发生反应：
4H₂（g）+2CO（g）?CH₃ OCH₃ （g）+H₂ O（g）△H，其CO的平衡转化率随温度、压强变化关系如图1所示，下列说法正确的是

 

（填字母序号）．
A．△H＜O
B．P₁＜P₂＜p₃
C．若在p₃和316℃时，起始n（H₂）/n（ CO）=3，则达到平衡时，CO的转化率小于50%
（3）如图2为绿色“二甲醚燃料电池”的工作原理示意图，a电极的电极反应式为：

 

Ⅱ．利用I₂O₅消除CO污染的反应为：5CO（g）+I₂O₅（s）=5CO₂（g）+I₂（s）；不同温度下，向装有足量I₂O₅固体的2L恒容密闭容器中通人4mol CO，测得CO₂的体积分数φ（CO₂）随时间t变化曲
线如图3．请回答：
（1）从反应开始至a点时的反应速率为v（CO）

 

．
（2）b点时化学平衡常数K_b=

 

．
（3）下列说法不正确的是

 

（填字母序号）．
a．容器内气体密度不变，表明反应达到平衡状态
b．两种温度下，c点时体系中混合气体的压强相等
c．增大d点的体系压强，CO的转化率不变
d．b点和d点的化学平衡常数：K_b＜K_d．

Answer 1

考点：热化学方程式,化学平衡的影响因素,化学平衡的计算

专题：基本概念与基本理论

分析：Ⅰ．（1）依据热化学方程式和盖斯定律计算得到；
（2）A．根据温度对CO的转化率的影响分析；
B．该反应正方向为体积减小的方向，根据压强对CO转化率的影响分析；
C．若在P₃和316℃时，起始时

n(H 2)

n(CO)

=3，则增大了氢气的量；
（3）酸性条件下，二甲醚失电子生成二氧化碳；
Ⅱ．（1）起始量和a点时CO₂的体积分数（即物质量分数），列式计算即可求出从反应开始至a点时的反应速率为v（CO）；
（2）根据b点时CO₂的体积分数φ（CO₂求出平衡浓度[CO]和[CO2]进而求出b点时化学平衡常数K_b；
（3）A．因为条件为恒容，而反应前后气体质量变化，所以容器内气体密度是变量，当不变时表明反应达到平衡状态；
B．c点为交点，各气体物质的量分别相等；
C．I₂O₅为固体，所以增加投料量对平衡无影响；
D．b点比d点时生成物CO₂体积分数大，说明进行的程度大，则化学平衡常数：K_b＞K_d．

解答： 解：Ⅰ．（1）已知①CO（ g）+2H₂（g）?CH₃OH（ g）△H₁=-90.7kJ?mol^-1，
②2CH₃0H（g）?CH₃0CH₃（g）+H₂0（g）△H₂=-23.5kJ?mol^-1，
③CO（g）+H₂O（g）?CO₂（g）+H₂（g）△H₃=-41.2kJ?mol^-1，
根据盖斯定律，①×2+②+③得3CO（g）+3H₂（g）?CH₃OCH₃（g）+CO₂（g）△H=-246.1kJ?mol^-1，
故答案为：-246.1；
（2）A．由图可知随温度升高，CO的转化率降低，说明升高温度平衡逆移，则正方向为放热反应，故△H＜0，故A正确；
B．该反应正方向为体积减小的方向，增大压强CO的转化率增大，所以P₁＞P₂＞P₃，故B错误；
C．若在P₃和316℃时，起始时

n(H 2)

n(CO)

=3，则增大了氢气的量，增大氢气的浓度，平衡正移，CO的转化率增大，所以CO转化率大于50%，故C错误；
故答案为：A；
（3）酸性条件下，二甲醚在负极失电子生成二氧化碳，其电极反应式为：CH₃OCH₃-12e^-+3H₂O=2CO₂↑+12H⁺；
故答案为：CH₃OCH₃-12e^-+3H₂O=2CO₂↑+12H⁺；
Ⅱ．（1）a点时：5CO（g）+I₂O₅（s）?5CO₂（g）+I₂（s）
起始量/mol      4                 0
转化量/mol      x                 x
a点量/mol      4-x                x
根据a点时CO₂的体积分数φ（CO₂）=

x

4

=0.40，得x=1.6mol
则从反应开始至a点时的反应速率为v（CO）=

1.6 2

0.5

=1.6mol?L^-1?min^-1，
故答案为：1.6mol?L^-1?min^-1； 
（2）b点时：5CO（g）+I₂O₅（s）?5CO₂（g）+I₂（s）
起始量/mol    4                 0
转化量/mol    y                 y
b点量/mol   4-y                y
根据b点时CO₂的体积分数φ（CO₂）=

y

4

=0.80，得y=3.2mol，[CO]=0.4mol?L^-1，[CO₂]=1.6mol?L^-1
b点时化学平衡常数K_b=

[CO2] 5

[CO] 5

=1024，
故答案为：1024；
（3）a．因为条件为恒容，而反应前后气体质量变化，所以容器内气体密度不变时，表明反应达到平衡状态，故a正确；
b．c点为交点，气体物质的量分别相等，所以两种温度下，体系中混合气体的压强不相等，故b错误；
c．I₂O₅为固体，所以增加投料量对平衡无影响，CO的转化率不变，故c错误；
d．b点比d点时生成物CO₂体积分数大，说明进行的程度大，则化学平衡常数：K_b＞K_d，故d错误；
故答案为：bd．

点评：本题考查了根据盖斯定律求焓变、速率、平衡、氧化还原反应等问题，综合性较强．