Question

2．研究表明，在CuZnO₂催化劑存在下，CO₂和H₂可發(fā)生兩個(gè)平行反應(yīng)，分別生成CH₃OH和CO，反應(yīng)的熱化學(xué)方程式如下：
CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）△H₁     平衡常數(shù)K₁    反應(yīng)Ⅰ
CO₂（g）+H₂（g）?CO（g）+H₂O（g）△H₂=+41.2kJ•mol^-1平衡常數(shù)K₂   反應(yīng)Ⅱ
（1）一定條件下，將n（CO₂）：n（H₂）=1：1的混合氣體充入絕熱恒容密閉容器中發(fā)生反應(yīng)．下列事實(shí)可以說(shuō)明反應(yīng)CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）已達(dá)到平衡的是BCD
A 容器內(nèi)氣體密度保持不變     B  CO₂體積分?jǐn)?shù)保持不變
C 該反應(yīng)的平衡常數(shù)保持不變   D 混合氣體的平均相對(duì)分子質(zhì)量不變
（2）研究證實(shí)，CO₂也可在酸性水溶液中通過(guò)電解生成甲醇，則生成甲醇的反應(yīng)的電極反應(yīng)式是CO₂+6e^-+6H⁺=CH₃OH+H₂O．
（3）反應(yīng)CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）的平衡常數(shù)K₃=$\frac{{K}_{1}}{{K}_{2}}$（用K₁和K₂表示）．
（4）在恒壓密閉容器中，由CO₂和H₂進(jìn)行反應(yīng)I合成甲醇，在其它條件不變的情況下，探究溫度對(duì)化學(xué)平衡的影響，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖．
①△H₁＜0（填“＞”、“＜”或“=”）
②有利于提高CO₂平衡轉(zhuǎn)化率的措施有A（填標(biāo)號(hào)）．
A．降低反應(yīng)溫度
B．投料比不變，增加反應(yīng)物的物質(zhì)的量
C．增大CO₂和H₂的初始投料比
D．混合氣體中摻入一定量惰性氣體（不參與反應(yīng)）
（5）在T₁溫度時(shí)，將1.00molCO₂和3.00molH₂充入體積為1.00L的恒容密閉容器中，容器起始?jí)簭?qiáng)為P₀，僅進(jìn)行反應(yīng)I．
①充分反應(yīng)達(dá)到平衡后，若CO₂轉(zhuǎn)化率為a，則容器的壓強(qiáng)與起始?jí)簭?qiáng)之比為$\frac{2-a}{2}$（用a表示）．
②若經(jīng)過(guò)3h反應(yīng)達(dá)到平衡，平衡后，混合氣體物質(zhì)的量為3.00mol，則該過(guò)程中H₂的平均反應(yīng)速率為0.500mol•L^-1•h^-1（保留三位有效數(shù)字）；平衡常數(shù)K可用反應(yīng)體系中氣體物質(zhì)分壓表示，即K表達(dá)式中用平衡分壓代替平衡濃度，分壓=總壓×物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)．寫出上述反應(yīng)壓力平衡常數(shù)K_P為$\frac{27}{64{{P}_{0}}^{2}}$（用P₀表示，并化簡(jiǎn)）．

Answer 1

分析 （1）直接標(biāo)志：①速率關(guān)系：正反應(yīng)速率與逆反應(yīng)速率相等；②反應(yīng)體系中各物質(zhì)的百分含量保持不變．間接標(biāo)志：①混合氣體的總壓強(qiáng)、總體積、總物質(zhì)的量不隨時(shí)間的改變而改變（m+n≠p+q）；②各物質(zhì)的濃度、物質(zhì)的量不隨時(shí)間的改變而改變；③各氣體的體積、各氣體的分壓不隨時(shí)間的改變而改變．
A．CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）在密閉容器中m_{（混合氣體）}和v都不變，不能根據(jù)密度判斷平衡狀態(tài)；
B．混合氣體m+n≠p+q反應(yīng)體系中CO₂的百分含量保持不變，達(dá)到平衡狀態(tài)；
C．平衡常數(shù)只與溫度有關(guān)，平衡常數(shù)變化，能判斷達(dá)到平衡狀態(tài)；
D．平均相對(duì)分子質(zhì)量不變，由M_{（混合氣體）}=$\frac{m（混合氣體）}{n（混合氣體）}$可知，在密閉容器中能判斷平衡狀態(tài)；
（2）CO₂也可在酸性水溶液中通過(guò)電解生成甲醇，在電解池的陰極CO₂被還原生成甲醇；
（3）根據(jù)蓋斯定律CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）△H₃=△H₁-△H₂計(jì)算；
（4）①圖中T₂＞T₁，溫度越高水蒸氣的含量越少，平衡逆向移動(dòng)，所以正反應(yīng)是放熱反應(yīng)，所以△H₁＜0；
②A．降低反應(yīng)溫度，平衡正向移動(dòng)，CO₂平衡轉(zhuǎn)化率增大；
B．在恒壓密閉容器中，投料比不變，增加反應(yīng)物的濃度，CO₂平衡轉(zhuǎn)化率不變；
C．增大CO₂和H₂的初始投料比，二氧化碳轉(zhuǎn)化率降低，而氫的轉(zhuǎn)化率增大；
D．混合氣體中摻入一定量惰性氣體，相當(dāng)于減小壓強(qiáng)，平衡逆向移動(dòng)，二氧化碳轉(zhuǎn)化率降低；
（5）在T₁溫度時(shí)，將1.00molCO₂和3.00molH₂充入體積為1.00L的恒容密閉容器中，容器起始?jí)簭?qiáng)為P₀，僅進(jìn)行反應(yīng)I．
①容器的壓強(qiáng)與起始?jí)簭?qiáng)之比為等于物質(zhì)的量之比；
②根據(jù)v=$\frac{△c}{△t}$，求H₂的平均反應(yīng)速率；K_p=$\frac{P（{H}_{2}O）•P（C{H}_{3}OH）}{P（C{O}_{2}）•{P}^{3}（{H}_{2}）}$．

解答 解：（1）A．由ρ_{（混合氣體）}=$\frac{m（混合氣體）}{V}$知，密閉容器中m_{（混合氣體）}和v都不變，比值不變，即ρ_{（混合氣體）}不變，密度不再改變不能達(dá)到平衡狀態(tài)，故A錯(cuò)誤；
B．CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）反應(yīng)前后體積不等，CO₂的體積分?jǐn)?shù)保持不變時(shí)，即反應(yīng)體系中CO₂的百分含量保持不變，達(dá)到平衡狀態(tài)，故B正確；
C．平衡常數(shù)只與溫度有關(guān)，絕熱恒容密閉容器中發(fā)生反應(yīng)，該反應(yīng)的溫度變化，所以平衡常數(shù)也變化，所以平衡常數(shù)能判斷達(dá)到平衡狀態(tài)，故C正確；
D．平均相對(duì)分子質(zhì)量不變，由M_{（混合氣體）}=$\frac{m（混合氣體）}{n（混合氣體）}$，密閉容器中m_{（混合氣體）}不變，而n_{（混合氣體）}向正反應(yīng)方向移動(dòng)時(shí)減小，向逆反應(yīng)方向移動(dòng)時(shí)增大，故混合氣體的平均相對(duì)分子質(zhì)量不變，平衡不移動(dòng)，能達(dá)到平衡狀態(tài)，故D正確；
故選：BCD；
（2）CO₂也可在酸性水溶液中通過(guò)電解生成甲醇，C元素化合價(jià)降低，被還原，應(yīng)為電解池的陰極反應(yīng)，電極方程式為CO₂+6e^-+6H⁺=CH₃OH+H₂O，
故答案為：CO₂+6e^-+6H⁺=CH₃OH+H₂O；
（3）由CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）△H₁ 平衡常數(shù)K₁ 反應(yīng)Ⅰ；
CO₂（g）+H₂（g）?CO（g）+H₂O（g）△H₂=+41.2kJ•mol^-8平衡常數(shù)K₂ 反應(yīng)Ⅱ；
所以根據(jù)蓋斯定律CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）△H₃=△H₁-△H₂，K₃=$\frac{{K}_{1}}{{K}_{2}}$，
故答案為：$\frac{{K}_{1}}{{K}_{2}}$；
（4）①圖中T₂＞T₁，溫度越高水蒸氣的含量越少，平衡逆向移動(dòng)，所以正反應(yīng)是放熱反應(yīng)，所以△H₁＜0，
故答案為：＜；
②A．降低反應(yīng)溫度，平衡正向移動(dòng)，CO₂平衡轉(zhuǎn)化率增大，故A正確；
B．在恒壓密閉容器中，投料比不變，增加反應(yīng)物的濃度，CO₂平衡轉(zhuǎn)化率不變，故B錯(cuò)誤；
C．增大CO₂和H₂的初始投料比，二氧化碳轉(zhuǎn)化率降低，而氫的轉(zhuǎn)化率增大，故C錯(cuò)誤；
D．混合氣體中摻入一定量惰性氣體，相當(dāng)于減小壓強(qiáng)，平衡逆向移動(dòng)，二氧化碳轉(zhuǎn)化率降低，故D錯(cuò)誤；
故答案為：A；
（5）①CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）
c（初）：1             3                 0                  0
c（變）：a            3a                 a                  a
c（平）：1-a           3-3a              a                  a
所以$\frac{{P}_{0}}{P}$=$\frac{4}{4-2a}$；$\frac{{P}_{0}}{P}$=$\frac{2-a}{2}$，
故答案為：$\frac{2-a}{2}$；
②平衡后，混合氣體物質(zhì)的量為3.00mol，則反應(yīng)的氫氣的物質(zhì)的量為1.5mol，v=$\frac{△c}{△t}$=$\frac{\frac{1.5mol}{1L}}{3h}$=0.500mol•L^-1•h^-1；
             CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）
c（初）：1              3                 0                    0
c（變）：0.5          1.5              0.5                  0.5
c（平）：0.5          1.5             0.5                   0.5

$\frac{P}{{P}_{0}}$=$\frac{1.5}{2}$，所以P=0.75P₀，K_p=$\frac{P（{H}_{2}O）•P（C{H}_{3}OH）}{P（C{O}_{2}）•{P}^{3}（{H}_{2}）}$=$\frac{\frac{0.5}{3}×0.75{P}_{0}×\frac{0.5}{3}×0.75{P}_{0}}{\frac{0.5}{3}×0.75{P}_{0}×（\frac{1.5}{3}×0.75{P}_{0}）^{3}}$=$\frac{27}{64{{P}_{0}}^{2}}$．
故答案為：0.500mol•L^-1•h^-1；$\frac{27}{64{{P}_{0}}^{2}}$．

點(diǎn)評(píng) 本題考查較為綜合，涉及化學(xué)平衡的計(jì)算，平衡移動(dòng)以及電化學(xué)等知識(shí)，為高考常見(jiàn)題型，側(cè)重于學(xué)生的分析能力、計(jì)算能力的考查，注意電解池的工作原理等知識(shí)，題目難度中等，化學(xué)平衡計(jì)算為該題的難點(diǎn)．