Question

7．（1）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（g） $\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$2H₂+O₂
C．太阳能催化分解水制氢：2H₂O$\frac{\underline{\;\;\;TiO_{2}\;\;\;}}{太阳光}$2H₂↑+O₂↑
D．天然气制氢：CH₄+H₂O（g）$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$ CO+3H₂
②CO₂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 H₂，一定条件下发生反应：CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）△H=-49.0mol•L^-1，测得CO₂和CH₃OH（g）的浓度随时间变化如图所示．从0min到10min，v（H₂）=0.225mol•（L•min）^-1
②能说明上述反应达到平衡状态的是D．
A．反应中CO₂与CH₃OH的物质的量浓度之比为1：1
B．混合气体的密度不随时间的变化而变化
C．单位时间内每消耗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
（2）工业上，CH₃OH也可由CO和H₂合成：CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）．
①参考合成反应CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）的平衡常数．下列说法正确的是AC．

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

A．该反应正反应是放热反应
B．该反应在低温下不能自发进行，在高温下可自发进行
C．在T℃时，1L密闭容器中，投入0.1molCO和0.2molH₂．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
②若容器容积不变，则下列措施可提高反应CO转化率的是B．
A．充入CO，使体系总压强增大             B．将CH₃OH（g）从体系中分离
C．充入He，使体系总压强增大              D．使用高效催化剂．

Answer 1

分析 （1）①从充分利用太阳能的角度分析；
②根据v=$\frac{△c}{△t}$计算反应速率；
③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；
（2）①A、依据平衡常数随温度变化和平衡移动原理分析判断；
B、△H-T△S＜0的反应能够自发进行；
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；
②A．充入CO，使体系总压强增大，但一氧化碳本身转化率降低；             
B．将CH₃OH（g）从体系中分离，平衡正向移动；
C．充入He，使体系总压强增大，各组分的浓度不变，平衡不移动；              
D．使用高效催化剂，反应速率加快，但平衡不移动；

解答 解：（1）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，故答案为：C；
②v（CO₂）=$\frac{△c}{△t}$=$\frac{（1-0.25）mol/L}{10min-0min}$=0.075mol/L•min，则v（H₂）=3v（CO₂）=3×0.075mol/L•min=0.225mol/（L•min）^-1，
故答案为：0.225；
③A．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；
（2）①A、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、△H-T△S＜0的反应能够自发进行，该反应的△H＞0，若能够自发进行△S必须小大于0，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
平衡常数K=$\frac{0.05}{.05×0．{1}^{2}}$=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；
故选AC；
②A．充入CO，使体系总压强增大，但一氧化碳本身转化率降低，故A不选；             
B．将CH₃OH（g）从体系中分离，平衡正向移动，一氧化碳的转化率增大，故B选；
C．充入He，使体系总压强增大，各组分的浓度不变，平衡不移动，一氧化碳的转化率不变，故C不选；              
D．使用高效催化剂，反应速率加快，但平衡不移动，一氧化碳的转化率不变，故D不选；
故选B．

点评 本题考查了化学平衡影响因素分析判断，平衡常数概念的计算应用，掌握基础是关键，题目难度中等．