Question

【题目】研究和深度开发CO、CO2的应用对构建生态文明社会具有重要的意义。

(1)CO2和H2可直接合成甲醇，向一密闭容器中充入CO2和H2，发生反应：CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g) ΔH= a kJ/mol

①保持温度、体积一定，能说明上述反应达到平衡状态的是________。

A．容器内压强不变 B．3v正(CH3OH)= v正(H2)

C．容器内气体的密度不变 D．CO2与H2O的物质的量之比保持不变

②测得不同温度时CH3OH的物质的量随时间的变化如图所示，则a______0(填“>”或“<”)。

(2)工业生产中需对空气中的CO进行监测。

①氯化钯(PdCl2)溶液可以检验空气中少量的CO。当空气中含CO时，溶液中会产生黑色的Pd沉淀。若反应中有0.02 mol电子转移，则生成Pd沉淀的质量为________。

②使用电化学一氧化碳气体传感器定量检测空气中CO含量，其模型如图所示。这种传感器利用了原电池原理，则该电池的负极反应式为________。

(3)某催化剂可将CO2和CH4转化成乙酸。催化剂的催化效率和乙酸的生成速率随温度的变化关系如图所示。乙酸的生成速率主要取决于温度影响的范围是________。

(4)常温下，将一定量的CO2通入石灰乳中充分反应，达平衡后，溶液的pH为11，则c(CO32-)=_______。(已知：Ksp[Ca(OH)2]=5.6×106，Ksp(CaCO3) =2.8×109)

(5)将燃煤产生的二氧化碳回收利用，可达到低碳排放的目的。图4是通过光电转化原理以廉价原料制备新产品的示意图。催化剂a、b之间连接导线上电子流动方向是_______(填“a→b”或“b→a”)

Answer 1

【答案】AD < 1.06g CO+4OH--2e-=CO32-+2H2O 300℃～400℃ 5×10-10mol/L a→b

【解析】

(1)①当反应达到平衡状态时，正逆反应速率相等，各物质的浓度、百分含量不变，以及由此衍生的一些量也不发生变化，说明可逆反应到达平衡状态，据此分析判断；

②根据“先拐先平，数值大”可知，体系II反应温度高，甲醇物质的量小，据此分析判断；

(2)①依据PdCl2～Pd～2e-计算；②一氧化碳发生氧化反应生成二氧化碳，应该在原电池的负极上反应，据此书写负极电极反应；

(3)由图知，乙酸的生成速率在250℃时减慢，是因为催化剂的催化效率降低，在300℃后又逐渐增大，是温度升高造成的，据此分析判断；

(4)pH为11时溶液中c(H+)=10-11mol/L，根据Kw计算c(OH-)，根据Ksp[Ca(OH)2]计算溶液中c(Ca2+)，结合Ksp(CaCO3)计算溶液中c(CO32-)；

(5)根据质子的移动方向分析判断原电池的正负极，外电路中电子通过导线由负极流向正极。

(1)①A．CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)是气体体积减小的反应，容器内压强不变即平衡体系的总物质的量或浓度不变，所以容器内压强不变可判断反应达到平衡状态，故A正确；B．3v正(CH3OH)=v正(H2)时，二者速率之比始终符合计量关系，所以3v正(CH3OH)=v正(H2)不能判断是平衡状态，故B错误；C．保持温度、体积一定，各物质均为气体，根据ρ=可知，气体的密度始终不变，不能判断是平衡状态，故C错误；D．CO2与H2O的物质的量之比保持不变，即CO2与H2O的浓度不变，所以反应达到平衡状态，故D正确；故答案为：AD；

②根据“先拐先平，数值大” 可知，体系II反应温度高，所以体系I升温到体系II时，n(CH3OH)降低，说明升温平衡逆向移动，即逆反应吸热，则正反应放热，△H＜0，即a＜0，故答案为：＜；

(2)①粉红色的PdCl2溶液可以检验空气中少量的CO，依据PdCl2～Pd～2e-有n(Pd)=n(e-)=0.01mol，所以m(Pd)=nM=0.01mol×106g/mol=1.06g，故答案为：1.06g；

②测定一氧化碳气体含量，使一氧化碳发生氧化反应生成二氧化碳，原电池的负极发生氧化反应，碱性介质中负极电极反应为CO+4OH--2e-=CO32-+2H2O，故答案为：CO+4OH--2e-=CO32-+2H2O；

(3)温度超过250℃时，催化剂的催化效率降低，导致反应速率减慢，当温度超过300℃时，乙酸的生成速率升高是由温度升高导致的，故乙酸的生成速率主要取决于温度影响的范围为300℃～400℃，故答案为：300℃～400℃；

(4)pH为11时溶液中c(H+)=10-11mol/L，c(OH-)=mol/L=10-3mol/L，溶液中c(Ca2+)==mol/L=5.6mol/L，溶液中c(CO32-)==mol/L=5×10-10mol/L，故答案为：5×10-10mol/L；

(5)根据质子(H+)的移动方向可知，催化剂a上发生氧化反应是原电池负极，催化剂b为原电池正极，外电路中电子由负极流向正极，即a→b，故答案为：a→b。