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    20．碳循环是地球上重要的物质循环，碳循环包含石油及石油制品的研发应用．石油工业上用两步法生产二甲醚，其工艺流程如下：

    反应室Ⅰ：CO（g）+2H2（g）═CH3OH（g）
    反应室Ⅱ：2CH3OH（g）═CH3OCH3（g）+H2O（g）
    （1）欲提高反应室Ⅰ中CO的转化率，可以采取的方法有增大氢气浓度、不断分离出甲醇或者加压．
    （2）反应室Ⅰ（恒容10L）中有关反应数据如下：
    序号温度（°C）  起始浓度（mol•L-1）  平衡浓度（mol•L-1）
    COH2CH3OHCOH2CH3OH
    ①T1300.21.40.8
    ②T 1.5 4.6 0.1b1b2b3
    ③T+30130 0.251.5 0.75
    ①图1表示反应室Ⅰ中不同温度下序号1（曲线m）和序号3（曲线n） 反应中CO转化率随时间变化的曲线，请在答题纸上的图4中补画出曲线n．
    ②判断：$\frac{{b}_{3}}{{b}_{1}}$＞4（填“＞”、“＜”或“=”）．

    （3）图2表示甲醇或二甲醚体积分数随氢碳比$\frac{n（{H}^{2}）}{n（CO）}$的变化情况，从图中可以得到的结论是C．
    A．提高氢碳比可以加快反应速率
    B．提高氢碳比可以提高氢气的转化率
    C．按方程式系数比投料时甲醇或二甲醚体积分数最大
    D．对于同一反应氢碳比越大，生成物浓度越大
    （4）已知某温度下下列热化学方程式：CO（g）+2H2（g）═CH3OH（g）△H1=-100.46kJ•mol-1
    2CH3OH（g）═CH3OCH3（g）+H2O（g）△H2=-20.59kJ•mol-1，则2CO（g）+4H2（g）═CH3OCH3（g）+H2O（g）△H3=-221.51kJ•mol-1．

    分析 （1）根据通过改变温度、压强或者减小生成物浓度使平衡正向移动，则可提高反应室Ⅰ中CO的转化率；
    （2）①序号3平衡时CH3OH小于序号1，则升温平衡逆向移动结合升温反应速率加快分析；
    ②序号2将0.1mol/L的CH3OH全部转化到左边，即相对于开始CO浓度1.6mol/L，H2浓度4.8mol/L，与序号1CO浓度1mol/L，H2浓度3mol/L成比例，则序号2相对于序号1增大压强，所以平衡正向移动，据此分析；
    （3）根据图象可以看出，对于同一反应随着氢碳比增大，甲醇或二甲醚体积分数先增大后减小；对于不同反应，相同氢碳比，二甲醚体积分数大于甲醇体积分数；
    （4）CO（g）+2H2（g）═CH3OH（g）△H1=-100.46kJ•mol-1①
    2CH3OH（g）═CH3OCH3（g）+H2O（g）△H2=-20.59kJ•mol-1 ②
     根据盖斯定律①×2+②计算．

    解答 解：（1）反应CO（g）+2H2（g）═CH3OH（g），则增大氢气浓度，平衡正向移动，CO的转化率增大；不断分离出甲醇，平衡正向移动，CO的转化率增大；加压，平衡正向移动，CO的转化率增大；故答案为：增大氢气浓度；不断分离出甲醇或者加压；
    （2）①由图表数据，序号3平衡时CH3OH浓度小于序号1，则说明升温平衡逆向移动，又升温反应速率加快，所以曲线n相对于曲线m，反应速率快，但平衡平衡逆向移动，CO的转化率小，则曲线n为：，故答案为：；

    ②序号2将0.1mol/L的CH3OH全部转化到左边，即相对于开始CO浓度1.6mol/L，H2浓度4.8mol/L，与序号1CO浓度1mol/L，H2浓度3mol/L成比例，则序号2相对于序号1增大压强，所以平衡正向移动，又序号1$\frac{c（CH{\;}_{3}OH）}{c（CO）}$=$\frac{0.8}{0.2}$=4，所以序号2$\frac{c（CH{\;}_{3}OH）}{c（CO）}$=$\frac{{b}_{3}}{{b}_{1}}$＞4，故答案为：＞；
    （3）根据图象可以看出，对于同一反应随着氢碳比增大，甲醇或二甲醚体积分数先增大后减小，并且氢碳比为2时甲醇或二甲醚体积分数最大，所以按方程式系数比投料时甲醇或二甲醚体积分数最大；对于不同反应，相同氢碳比，二甲醚体积分数大于甲醇体积分数；所以只有C可以从图中得出；故选：C；
    （4）CO（g）+2H2（g）═CH3OH（g）△H1=-100.46kJ•mol-1①
    2CH3OH（g）═CH3OCH3（g）+H2O（g）△H2=-20.59kJ•mol-1 ②
    根据盖斯定律①×2+②得：2CO（g）+4H2（g）═CH3OCH3（g）+H2O（g）△H3=2×△H1+△H2=-221.51kJ•mol-1
    故答案为：-221.51．

    点评 本题考查了外界条件对化学平衡的影响、等效平衡的应用、图象分析判断的方法、盖斯定律的计算等，掌握基础是解题的关键，题目难度中等．

    练习册系列答案
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    科目：高中化学 来源： 题型：选择题

    1．用已知浓度的NaOH溶液测定H2SO4溶液的浓度，所选用的滴定管如图甲、乙所示，从下表中选出正确选项（　　）
    锥形瓶中的溶液  滴定管中的溶液选用指示剂选用滴定管
    A．碱酸 石蕊乙
    B．酸  碱 酚酞甲
    C．碱酸甲基橙乙
    D．酸  碱酚酞乙
    A．AB．BC．CD．D

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    科目：高中化学 来源： 题型：选择题

    11．在10L恒容密闭容器中充入X（g）和Y（g），发生反应X（g）+Y（g）?M（g）+N（g），所得实验数据如表：
    实验编号温度/℃起始时物质的量/mol平衡时物质的量/mol
    n（X）n（Y）n（M）
    ①7000.400.100.090
    ②8000.100.400.080
    ③8000.200.30a
    ④9000.100.15b
    下列说法正确的是（　　）
    A．实验①中，若5 min时测得n（M）=0.050 mol，则0至5 min时间内，用N表示的平均反应速率v（N）=1.0×10-2 mol•L-1•min-1
    B．实验②中，该反应的平衡常数K=2.0
    C．实验③中，达到平衡时，X的转化率为60%
    D．实验④中，达到平衡时，b＞0.060

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    科目：高中化学 来源： 题型：解答题

    8．催化还原CO2是解决温室效应及能源问题的重要手段之一．研究表明，在Cu/ZnO催化剂存在下，CO2和H2可发生两个平衡反应，分别生成CH3OH和CO．反应的热化学方程式如下：
    CO2（g）+3H2（g）?CH3OH（g）+H2O（g）△H1=-53.7kJ•mol-1   I
    CO2（g）+H2（g）?CO（g）+H2O（g）△H2   II
    某实验室控制CO2和H2初始投料比为1：2.2，经过相同反应时间测得如下实验数据：
    T（K）催化剂CO2转化率（%）甲醇选择性（%）
    543Cat.112.342.3
    543Cat.210.972.7
    553Cat.115.339.1
    553Cat.212.071.6
    【备注】Cat.1：Cu/ZnO纳米棒；Cat.2：Cu/ZnO纳米片；甲醇选择性：转化的CO2中生成甲醛的百分比
    已知：①CO和H2的标准燃烧热分别为-283.0kJ•mol-1和-285.8kJ•mol-1
    ②H2O（l）═H2O（g）△H3=44.0kJ•mol-1
    请回答（不考虑温度对△H的影响）：
    （1）反应I的平衡常数表达式K=$\frac{c（C{H}_{3}OH）•c（{H}_{2}O）}{c（C{O}_{2}）•{c}^{3}（{H}_{2}）}$；反应II的△H2=+41.2kJ•mol-1．
    （2）有利于提高CO2转化为CH3OH平衡转化率的措施有CD．
    A．使用催化剂Cat.1B．使用催化剂Cat.2C．降低反应温度
    D．投料比不变，增加反应物的浓度   E．增大CO2和H2的初始投料比
    （3）表中实验数据表明，在相同温度下不同的催化剂对CO2转化成CH3OH的选择性有显著的影响，其原因是表中数据表明此时未达到平衡，不同的催化剂对反应Ⅰ的催化能力不同，因而在该时刻下对甲醇选择性有影响．
    （4）在图中分别画出I在无催化剂、有Cat.1和由Cat.2三种情况下“反应过程-能量”示意图．
    （5）研究证实，CO2也可在酸性水溶液中通过电解生成甲醇，则生成甲醇的反应发生在阴极，该电极反应式是CO2+6H++6e-=CH3OH+H2O．

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    科目：高中化学 来源： 题型：解答题

    15．在2L密闭容器中进行反应：mX（g）+nY（g）?pZ（g）+qQ（g），式中m、n、p、q为化学计量数．在0～3min内，各物质物质的量的变化如表所示：
    物质XYZQ
    时间
    起始/mol0.71
    2min末/mol0.82.70.82.7
    3min末/mol0.8
    已知：2min内v（Q）=0.075mol•L-1•min-1，v（Z）：v（Y）=1：2．
    （1）2min内Z的反应速率v（Z）=0.05mol•L-1•min-1．
    （2）试确定以下物质的相关量：起始时n（Y）=2.3mol，n（Q）=3mol．
    （3）方程式中m=1，n=4，p=2，q=3．
    （4）对于该反应，能增大正反应速率的措施是CD
    A．增大容器体积    B．移走部分Q     C．通入大量X      D．升高温度．

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    科目：高中化学 来源： 题型：解答题

    5．研究CO2的利用对促进低碳社会的构建具有重要意义．
    （1）将CO2与焦炭作用生成CO，CO可用于炼铁等．
    己知：①Fe2O3（s）+3C（s，石墨）=2Fe（s）+3CO（g）△H1=+489.0kJ/mol
    ②C（s，石墨）+CO2（g）=2CO（g）△H2=+172.5kJ/mol
    则CO还原Fe2O3（s）的热化学方程式为Fe2O3（s）+3CO（g）?2Fe（s）+3CO2（g）△H=-28.5kJmol-1．
    （2）二氧化碳合成甲醇是碳减排的新方向，将CO2转化为甲醇的热化学方程式为：CO2（g）+3H2（g）?CH3OH（g）+H2O（g）△H
    ①该反应的平衡常数表达式为K=$\frac{c（C{H}_{3}OH）•c（{H}_{2}O）}{c（C{O}_{2}）•{c}^{3}（{H}_{2}）}$．
    ②取一定体积CO2和H2的混合气体（物质的量之比为1：3），加入恒容密闭容器中，发生上述反应过程中测得甲醇的体积分数φ（CH3OH）与反应温度T的关系如图1所示，则该反应的△H＜（填“＞”、“＜”或“=”，下同）0．

    ③在两种不同条件下发生反应，测得CH3OH的物质的量随时间变化如图2所示，曲线I、II对应的平衡常数关系为KI＞KII．
    （3）以CO2为原料还可以合成多种物质．工业上尿素[CO（NH2）2]由CO2和NH3在一定条件下合成，开始以氨碳比$\frac{n（N{H}_{3}）}{n（C{O}_{2}）}$=3进行反应，达平衡时CO2的转化率为60%，则NH3的平衡转化率为40%．

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    科目：高中化学 来源： 题型：解答题

    12．根据组成原电池的条件，试以反应：2Fe3++Cu=2Fe2++Cu2+设计一个原电池，
    （1）画出示意图并标出原电池的正、负极和电子的流向（画在下面方框中），
    供选用的电解质溶液有：稀硫酸、硫酸铜溶液、三氯化铁溶液．
    供选用的电极材料有：锌片、铜片、铁片、石墨．
    （2）写出电极反应式．
    电极材料及电极反应式：
    负极材料：Cu，
    电极反应式：Cu-2e-=Cu2+
    正极材料：碳棒，
    电极反应式：2Fe3++2e-=2Fe2+
    电解质溶液：氯化铁溶液．

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    科目：高中化学 来源： 题型：实验题

    9．三草酸合铁酸钾晶体{K3[Fe（C2O4）3]•xH2O}是一种光敏材料，为测定该晶体中铁的含量，某实验小组做了如下实验：
    步骤一：称量4.00g三草酸合铁酸钾晶体，配制成250mL溶液．
    步骤二：取所配溶液25.00mL于锥形瓶中，加稀H2SO4酸化，滴加KMnO4溶液至草酸根恰好全部氧化成二氧化碳，同时，MnO4-被还原成Mn2+．向反应后的溶液中加入一小匙锌粉，加热至黄色刚好消失，过滤，洗涤，将过滤及洗涤所得溶液收集到锥形瓶中，此时，溶液仍呈酸性．
    步骤三：用0.010mol/L KMnO4溶液滴定步骤二所得溶液至终点，消耗KMnO4溶液20.02mL，滴定中MnO4-被还原成Mn2+．
    重复步骤二、步骤三操作，滴定消耗0.010mol/L KMnO4溶液19.98mL．
    请回答下列问题：
    （1）配制三草酸合铁酸钾溶液的操作步骤依次是：称量、溶解、转移、洗涤并转移、定容、摇匀．
    （2）加入锌粉的目的是将Fe3+恰好还原成Fe2+，使Fe2+在步骤三中与KMnO4发生氧化还原反应．
    （3）写出步骤三中发生反应的离子方程式：5Fe2++MnO4-+8H+=5Fe3++Mn2++4H2O．
    （4）实验测得该晶体中铁的质量分数为14%．在步骤二中，若加入的KMnO4溶液的量不够，则测得的铁含量偏高．（选填“偏低”、“偏高”或“不变”）

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    科目：高中化学 来源： 题型：解答题

    10．乙醇是重要的化工产品和液体燃料，可以利用下列反应制取乙醇：
    2CO2（g）+6H2（g） CH3CH2OH（g）+3H2O（g）①298K时，K1=2.95×1011
    2CO（g）+4H2（g） CH3CH2OH（g）+H2O（g）②298K时，K2=1.71×1022
    （1）条件相同时，反应①与反应②相比，转化程度更大的是②．
    （2）在一定压强下，测得反应①的实验数据如表：
    温度（K）
    CO2转化率（%）
    n（H2）/n（CO2）    		500600700800
    1.545332012
    260432815
    383623722
    根据表中数据分析：…
    ①温度升高，K值减小（填“增大”“减小”或“不变”）．
    ②提高氢碳比[n（H2）/n（CO2）]，对生成乙醇有利（填“有利”或“不利”）．

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