Question

【题目】CO2是一种常用的化工原料,可应用于化学和食品加工过程的惰性保护、焊接气体、植物生长刺激剂,在铸造中用于硬化模和芯子及用于气动器件,还应用于杀菌气的稀释剂。请回答下列问题:

I.我国中科院研究所利用CO2与环氧丙烷()合成生物降解聚碳酸酯(PPC)和聚(碳酸酯-醚)多元醇,则环氧丙烷中碳元素的平均化合价为____,CO2 的结构式为_________。

II.CO2 与H2反应可用于生产甲醇

(1)已知氢气与甲醇的燃烧热分别为a kJ·mol-1、b kJ·mol-1 , H2O(g)= H2O(l) △H=c kJ·mol-1 ,CH3OH(g)=CH3OH(l) H=d kJ·mol-1，则CO2与H2反应产生气态甲醇与气态水的热化学方程式为__________________________。

(2)取一定体积的CO2和H2的混合气体，加入恒容密闭容器中，发生上述反应，相同时间内，测得甲醇的体积分数(CH3OH)与反应温度T的关系如图1所示,则该反应的 (CH3OH)随反应温度T变化的原因为_______________。

(3)温度为T时,向体积分别为V1、V2的甲.乙两容器中充人相同量的CO2和H2的混合气体,经过一段时间两容器均达到平衡，测得压强分别为p1、p2,如图2所示，则p1_____(填“>”“<”或“=”)p2。

(4)一定温度下,在1 L的密闭容器中,充入1 mol CO2和3 mol H2,压强为p0 kPa,发生上述反应,测得CO2(g)和CH3OH(g)的浓度随时间变化如图所示。

①反应进行到4 min 时,v(正)________ (填“>”“<"或“=”)v(逆)。0~4 min,H2 的平均反应速率v(H2)=______ mol· L-1·min- 1。

②CO2平衡时的体积分数为____________，该温度下Kp=________ (可逆反应的平衡常数可以用平衡浓度计算,也可以用平衡分压代替平衡浓度计算,分压=总压×物质的量分数

Answer 1

【答案】 O=C=O CO2(g)＋3H2(g)=CH3OH(g)＋H2O(g) △H=(b－3a－c－d)kJ·mol－1 一定时间内，当温度低于T1时，反应未达到平衡，随着温度升高，反应速率增大，甲醇的体积分数增大；当温度大于T1时，反应达到平衡状态，因该反应为放热反应，随着温度升高，平衡逆向进行，甲醇的体积分数减小 > > 0.375 10%

【解析】

I.利用有机物中O为-2价，H为+1价，然后根据化合价代数和为0，得出C的价态；CO2分子中C和O共用两个电子对；

II.(1)写出氢气、甲醇燃烧热的热化学反应方程式，再根据水状态、甲醇状态的变化，最后根据盖斯定律得出结果；

(2)T1点，甲醇的体积分数达到最大，说明反应达到平衡，小于T1时，反应没有达到平衡，大于T1时，从影响化学平衡移动的角度进行分析；

(3)图2中先达到平衡，说明压强大；

(4)①4min后，甲醇物质的量浓度增大，说明未达到平衡，反应向正反应方向移动；根据化学反应速率的数学表达式进行计算；

②利用“三段式法”计算CO2的平衡时的体积分数和Kp；

I.根据环氧丙烷的结构式，推出其分子式为C3H6O，O为－2价，H为＋1价，化合价代数和为0，C的平均价态为；C和O之间共用2个电子对，CO2的结构式为O=C=O；

II．(1)H2燃烧热的热化学反应方程式为H2(g)＋O2(g)=H2O(l) △H1=－akJ·mol－1 ①；CH3OH(l)＋O2(g)=CO2(g)＋2H2O(l) △H2=－bkJ·mol－1 ②；H2O(g)=H2O(l) △H3=ckJ·mol－1 ③；CH3OH(g)=CH3OH(l) △H4=dkJ·mol－1；CO2与H2反应生成甲醇与气态水的方程式为CO2＋3H2=CH3OH＋H2O，根据盖斯定律，有3×①－②－③－④得出：CO2(g)＋3H2(g)=CH3OH(g)＋H2O(g) △H=(b－3a－c－d)kJ·mol－1；

(2)由图1可知，相同时间内，测的甲醇体积分数随反应温度的升高先增大后减小，是因为一开始温度低时，反应未达到平衡，随着温度升高，反应速率增大，相同时间内生成的甲醇的量增大，当反应达到平衡后，由图可知该反应为放热反应，升高温度，平衡左移，相同时间内生成甲醇的量减少；

(3)根据图2相同温度下，甲容器中的反应先达到平衡，说明甲容器中的压强较大，即p1>p2；

(4)①根据图像反应进行到4min时，甲醇的物质的量继续增大，反应正向进行，即v(正)>v(逆)；0～4min，消耗CO2的物质的量浓度为(1－0. 5)mol·L－1=0.5mol·L－1，此时消耗H2的物质的量浓度为1.5mol·L－1，根据化学反应速率的表达式v(H2)==0.375mol/(L·min)；

②则CO2的体积分数为×100%=10%；相同条件下，压强之比等于物质的量之比，即达到平衡时总压强为p=p0，Kp==。