题目

题型：不详难度：来源：

（16分）Ⅰ．如何降低大气中CO₂的含量及有效利用CO₂，目前已引起各国普遍重视。
（1）工业上有一种方法是用CO₂来生产燃料甲醇。为探究反应原理，现进行如下实验，在体积为1 L的密闭容器中，充入1 mol CO₂和3 mol H₂，在500℃下发生反应：
CO₂(g)＋3H₂(g)CH₃OH(g)＋H₂O(g) 。
实验测得CO₂(g)和CH₃OH(g)的浓度随时间变化如下图1所示。

①从反应开始到平衡，氢气的平均反应速率v(H₂)＝_____________________；
②图2是改变温度时H₂的化学反应速率随时间变化的示意图，则该反应的正反应是
     热（填“吸”或“放”）反应。
③该反应的平衡常数K为     （保留两位小数）。若提高温度到800℃进行，达平衡时，K值      （填“增大”、“减小”或“不变”），
④500℃达平衡时，CH₃OH的体积分数ω为       。
（2）在载人航天器的生态系统中，不仅要求分离去除CO₂，还要求提供充足的O₂。某种电化学装置可实现如下转化：2CO₂＝2CO＋O₂，CO可用作燃料。已知该反应的阳极反应为：4OH^－－4e^－＝O₂↑＋2H₂O，则阴极反应式为_________      ____   ___。
Ⅱ．工业上可利用煤的气化产物（CO和H₂）合成二甲醚（CH₃OCH₃），其三步反应如下：
① 2H₂ (g)＋CO(g)  CH₃OH (g)          ΔH＝－90.8 kJ·mol^-1
② 2CH₃OH(g)  CH₃OCH₃(g)＋H₂O(g)    ΔH＝－23.5 kJ·mol^-1
③ CO(g)＋H₂O(g)  CO₂ (g)＋H₂(g)       ΔH＝－41.3 kJ·mol^-1
（3）总合成反应的热化学方程式为__________                          _  。
（4）一定条件下的密闭容器中，上述总反应达到平衡时，要提高CO的转化率，可以采取的措施是__________（填字母代号）。

A．高温高压

B．加入催化剂

C．减少CO2的浓度

D．增加CO的浓度E．分离出二甲醚

（5）已知反应②2CH₃OH(g)CH₃OCH₃(g)＋H₂O(g)在某温度下的平衡常数K = 400。此温度下，在密闭容器中加入CH₃OH，反应到某时刻测得各组分的浓度如下：

物质	CH3OH	CH3OCH3	H2O
c / mol·L-1	0.44	0.60	0.60

此时，v (正) _____ v (逆) （填“＞”、“＜”或“＝”）。

答案

（16分）

（2）2CO₂＋2H₂O＋4e^－＝2CO＋4OH^－ （2分）
Ⅱ．（3）3H₂(g)＋3CO(g)  CH₃OCH₃(g)＋CO₂ (g)   ΔH ＝－246.4 kJ·mol^-1（3分）
（4）C E （2分） ；
（5）＞（1分）

解析

I（1）①由图分析可得，达到平衡时△c(CH₃OH)==△c(CO₂)="=" 0.75mol/L，在同一化学反应方程式中，速率之比=变化量之比=化学计量数之比，所以得
②由图2可知，温度升高逆反应速率、正反应速率同时增大，但逆反应速率增大的更快，平衡向逆反应方向移动，即升高温度平衡向逆反应方向（吸热反应方向）移动，固该反应的正反应为放热反应。
③根据化学反应方程式：CO₂(g)＋3H₂(g)?CH₃OH(g)＋H₂O(g)
起始浓度                1       3        0       0
变化浓度                0.75    2.25     0.75     0.75
平衡浓度                0.25    0.75     0.75     0.75

由于该反应的正反应为放热反应，升高温度平衡向逆反应方向移动，即升高温度k减小；
④500℃达平衡时，CH₃OH的体积分数ω
（2）该电化学装置为电解装置，利用总方程式减去阳极电极反应便可得到阴极电极反应：
2CO₂＋2H₂O＋4e^－＝2CO＋4OH^－ 
Ⅱ．（3）由盖斯定律得总反应热化学方程式为：
3H₂(g)＋3CO(g)  CH₃OCH₃(g)＋CO₂ (g)   ΔH ＝－246.4 kJ·mol^-1
（4）要提高CO的转化率即使化学平衡向正反应方向移动，可采取的措施：C E
（5）2CH₃OH(g)CH₃OCH₃(g)＋H₂O(g)的＜K=400，所以反应向正反应方向进行，即v (正)＞v (逆)