Question

【題目】“低碳經(jīng)濟(jì)”已成為全世界科學(xué)家研究的重要課題。為減小和消除 CO2對(duì)環(huán)境的影響，一方面世界各國(guó)都在限制其排放量，另一方面科學(xué)家加強(qiáng)了對(duì) CO2 創(chuàng)新利用的研究。

(1)已知：①CO(g)+H2O(g)H2(g)+CO2(g) △H=-41kJ/mol

②C(s)+2H2(g)CH4(g) △H=-73kJ/mol

③2CO(g)C(s)+CO2(g) △H=-17kJ/mol

寫(xiě)出CO2與H2反應(yīng)生成CH4和H2O(g)的熱化學(xué)方程式：_____。

(2)目前工業(yè)上有一種方法是用 CO2來(lái)生產(chǎn)燃料甲醇。為探究該反應(yīng)原理，在容積為 2L密閉容器中，充入1molCO2和 3.25molH2在一定條件下發(fā)生反應(yīng)，測(cè)得 CO2、CH3OH(g)和 H2O(g)的物質(zhì)的量(n)隨時(shí)間的變化如圖所示：

①?gòu)姆磻?yīng)開(kāi)始到平衡，氫氣的平均反應(yīng)速率v(H2)＝ ____。

②下列措施一定不能使CO2的平衡轉(zhuǎn)化率增大的是____ (填字母)。

A.在原容器中再充入1molCO2

B.在原容器中再充入1molH2

C.在原容器中充入1mol氦氣

D.使用更有效的催化劑

E.縮小容器的容積

F.將水蒸氣從體系中分離

(3)煤化工通常研究不同條件下CO轉(zhuǎn)化率以解決實(shí)際問(wèn)題。已知在催化劑存在條件下反應(yīng)：CO(g)＋H2O(g)H2(g)+CO2(g)的平衡轉(zhuǎn)化率隨p(H2O)/p(CO)及溫度變化關(guān)系如圖所示：

①上述反應(yīng)的正反應(yīng)方向是 ____(填“吸熱”或“放熱”)反應(yīng)；

②對(duì)于氣相反應(yīng)，用某組分(B)的平衡壓強(qiáng)(pB)代替物質(zhì)的量濃度(cB)也可以表示平衡常數(shù)(記作 Kp)，則在恒溫密閉容器中，該反應(yīng)的Kp與Kc的關(guān)系是 _______，如果提高p(H2O)/p(CO)，則Kp_______ （填“變大”“變小”或“不變”）；使用鐵鎂催化劑的實(shí)際工業(yè)流程中，一般采用400℃左右，p(H2O)/p(CO) =3～5，采取此條件的原因可能是 _________ 。

(4)科學(xué)家用氮化鎵材料與銅組裝成如圖所示的人工光合系統(tǒng)，利用該裝置實(shí)現(xiàn)了用CO2和H2O合成CH4。下列關(guān)于該電池的敘述正確的是 ____(填字母)。

A.該裝置能量轉(zhuǎn)化形式僅存在太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化為電能

B.銅電極為正極，電極反應(yīng)式為CO2+8e-+8H+=CH4+2H2O

C.電池內(nèi)部H＋透過(guò)質(zhì)子交換膜從左向右移動(dòng)

D.反應(yīng)結(jié)束后，理論上溶液的 pH 值保持不變

Answer 1

【答案】 ACD 放熱 相等 不變 投料比太低，的轉(zhuǎn)化率不高，而投料比3~5時(shí)轉(zhuǎn)化率已經(jīng)在97%左右，再增加投料比收益不明顯，經(jīng)濟(jì)上不劃算，而反應(yīng)溫度是根據(jù)催化劑的活性溫度來(lái)制定的 BCD

【解析】

（1）該小題是一道典型的蓋斯定律的應(yīng)用，通過(guò)觀察可以發(fā)現(xiàn)用③-2①+②即可得到目標(biāo)方程，注意各物質(zhì)的狀態(tài)不要漏標(biāo)；

（2）①先寫(xiě)出反應(yīng)方程式，化學(xué)反應(yīng)速率之比等于化學(xué)計(jì)量數(shù)之比，因此只要算出任意一種物質(zhì)的速率，即可得到氫氣的反應(yīng)速率；

②轉(zhuǎn)化率即某一反應(yīng)物的轉(zhuǎn)化百分率，可以用物質(zhì)的量、質(zhì)量、體積（相同條件下）來(lái)計(jì)算，據(jù)此來(lái)分析各選項(xiàng)即可；

（3）根據(jù)題圖，當(dāng)相同時(shí)，溫度越高轉(zhuǎn)化率越低，因此正反應(yīng)是放熱反應(yīng)；

（4）雖然題干里告訴我們這是一個(gè)“人工光合系統(tǒng)”，實(shí)際上因?yàn)樵撗b置無(wú)外電源，因此必然為一個(gè)原電池裝置，再來(lái)根據(jù)原電池的規(guī)律分析即可。

（1）根據(jù)蓋斯定律，由③-2①+②得到，；

（2）①該反應(yīng)為：CO2(g)+3H2(g) H2O(g)+CH3OH(l)；先求出的平均反應(yīng)速率：，則氫氣的平均反應(yīng)速率為的三倍，即；

②A.向原容器中充入更多的一定會(huì)導(dǎo)致的轉(zhuǎn)化率降低，A項(xiàng)正確；

B.向原容器中充入氫氣（另一種反應(yīng)物），則可以提高的轉(zhuǎn)化率，B項(xiàng)錯(cuò)誤；

C.容器是定容的，充入氦氣后容器體積不改變，各物質(zhì)的濃度不改變，因此平衡也不會(huì)改變，平衡轉(zhuǎn)化率自然也不會(huì)改變，C項(xiàng)正確；

D.催化劑不改變平衡，自然無(wú)法影響轉(zhuǎn)化率，D項(xiàng)正確；

E.縮小容器體積相當(dāng)于增大壓強(qiáng)，根據(jù)勒夏特列原理，平衡向氣體分子數(shù)減少的方向移動(dòng)（正向），則轉(zhuǎn)化率增大，E項(xiàng)錯(cuò)誤；

F.將水蒸氣（產(chǎn)物）從體系中分離，可以使逆反應(yīng)速率小于正反應(yīng)速率，平衡也會(huì)正向移動(dòng)，轉(zhuǎn)化率增大，F項(xiàng)錯(cuò)誤；

答案選ACD；

（3）①當(dāng)相同時(shí)，溫度越高轉(zhuǎn)化率越低，因此正反應(yīng)是放熱反應(yīng)；

②既然我們用某組分的平衡壓強(qiáng)來(lái)代替物質(zhì)的量濃度，則，而平衡壓強(qiáng)與濃度成正比，因此可以說(shuō)明；對(duì)于給定的反應(yīng)，平衡常數(shù)大小只與溫度有關(guān)，因此改變不會(huì)影響；根據(jù)圖表我們發(fā)現(xiàn)若投料比太低，的轉(zhuǎn)化率不高，而投料比3~5時(shí)轉(zhuǎn)化率已經(jīng)在97%左右，再增加投料比收益不明顯，在經(jīng)濟(jì)上不劃算，而反應(yīng)溫度是根據(jù)催化劑的活性溫度來(lái)制定的，該溫度下催化劑活性最大；

（4）A.根據(jù)分析這是一個(gè)原電池裝置，將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化為電能和化學(xué)能，A項(xiàng)錯(cuò)誤；

B.原電池中，電子從負(fù)極流出，經(jīng)外電路流回正極，因此銅為正極，在正極得電子轉(zhuǎn)變?yōu)榧淄椋?/span>B項(xiàng)正確；

C.原電池工作時(shí)，陽(yáng)離子從負(fù)極流向正極，C項(xiàng)正確；

D.負(fù)極發(fā)生水的光解，因此電池的總反應(yīng)方程為，因此理論上溶液pH不變，D項(xiàng)正確；

答案選BCD。