Question

【题目】CO2是造成全球气候变暖的主要气体，同时也是一种来源丰富、价格低廉的碳资源。中科院福建物构所谢奎及其团队利用电能将CO2高效转化为CO，CO和H2可生产优质燃料和多种化工产品，实现碳资源的循环利用。

（1）已知反应过程中能量变化如下表和曲线图所示：

反应	A	C	Ea1(kJ/mol)	Ea2(kJ/mol)	ΔH(kJ/mol)
①	2CO(g)+O2(g)	2CO2(g)	？	2389	-566
②	2H2(g)+O2(g)	2H2O(l)	1480	？	-571.6
③	2CH3OH(l)+3O2(g)	2CO2(g)+4H2O(l)	3026	4478	ΔH3

反应③ 的ΔH3=_________kJ/mol。

CO(g) + 2H2(g) CH3OH(l) ΔH4=_______kJ/mol；此反应中，有利于提高H2平衡转化率的条件是_______（填字母）。

A．高温低压 B．低温高压

C．高温高压 D．低温低压

（2）在不同的电压下，CO2、H2O混合电解转化为CO、H2的电流效率如图所示（注：电流效率×100%）：

①由图可知生成CO和H2有相互/span>_______（填“促进”、“抑制”或“无影响”）作用。

②用此法生产的CO和H2合成CH3OH，为使CO和H2利用率最高，电解时应控制电压在________ V左右（选填5、15、23、25、30）。

（3）在300℃时，将0.60molCO、1.40molH2充入4L密闭容器中，在恒温恒容下发生反应CO(g) + 2H2(g) CH3OH(g) △H<0，甲醇的物质的量浓度随时间的变化如图所示：

①图中判断反应到达平衡状态的依据是________________。

② 5min内H2的平均反应速率v(H2) ＝________mol/(Lmin)。

③ 若在500℃条件下，将1.00molCO、0.50mol H2和0.50mol CH3OH充入容积为2L的密闭容器中，此时反应将_______（填字母）。

A．正反应方向反应 B．逆反应方向反应

C．达到平衡 D．无法判断

Answer 1

【答案】-1452 -128.6 B 抑制 25 CH3OH浓度保持不变或不再随时间变化 0.02 B

【解析】

(1)根据ΔH3=反应物的活化能-生成物的活化能计算反应③的ΔH3，然后根据盖斯定律计算ΔH4；根据影响化学平衡的因素分析判断提高H2平衡转化率的方法；

(2)①由图可知，生成CO越少，生成H2越多，据此解答；

②根据方程式CO(g) + 2H2(g) CH3OH(l)分析判断使CO和H2利用率最高的电压；

(3)①根据反应到达平衡状态的特征分析解答；

② 首先计算5min内甲醇的平均反应速率，再根据化学反应速率之比=化学计量数之比计算v(H2)；

③先计算300℃时的平衡常数K，该反应为放热反应，升高温度，平衡逆向移动，K减小；再计算500℃条件下，将1.00molCO、0.50mol H2和0.50mol CH3OH充入容积为2L的密闭容器中的Qc，根据Qc与K的大小，判断平衡移动的方向。

(1)反应③的ΔH3=反应物的活化能-生成物的活化能=(3026)-(4478)=-1452 kJ/mol；根据表格数据，①2CO(g)+O2(g)= 2CO2(g) ΔH1=-566 kJ/mol，②2H2(g)+O2(g)= 2H2O(l) ΔH2=-571.6 kJ/mol，③2CH3OH(l)+3O2(g)→2CO2(g)+4H2O(l) ΔH3=-1452 kJ/mol，根据盖斯定律，将(①+②×2-③)×得：CO(g) + 2H2(g) CH3OH(l) ΔH4=×[(-566)+(-571.6)×2-(-1452)]kJ/mol=-128.6 kJ/mol；该反应为气体体积减小的放热反应，低温高压能够使平衡正向移动，有利于提高H2平衡转化率，故答案为：-1452； -128.6；B；

(2)①由图可知，生成CO越少，生成H2越多，生成CO和H2有相互抑制的作用，故答案为：抑制；

②根据方程式CO(g) + 2H2(g) CH3OH(l)可知，为使CO和H2利用率最高，电解时应控制电压在25 V左右，故答案为：25；

(3)①5min时CH3OH浓度保持不变或不再随时间变化，说明反应到达平衡状态，故答案为：CH3OH浓度保持不变或不再随时间变化；

② 5min内甲醇的平均反应速率==0.01 mol/(Lmin)，则v(H2) ＝2v (CH3OH)= 0.02mol/(Lmin) ，故答案为：0.02；

③在300℃时，将0.60molCO、1.40molH2充入4L密闭容器中，平衡时甲醇的物质的量浓度为0.05 mol/L，物质的量为0.2mol，则反应的CO和H2分别为0.2mol、0.4mol，平衡时CO和H2物质的量浓度分别为 mol/L = 0.1mol/L， mol/L = 0.25mol/L，此时平衡常数K==8，该反应为放热反应，升高温度，平衡逆向移动，K减小；在500℃条件下，将1.00molCO、0.50mol H2和0.50mol CH3OH充入容积为2L的密闭容器中，此时CO、H2和CH3OH的浓度分别为0.5 mol/L、0.25 mol/L、0.25 mol/L，Qc==8＞K，平衡逆向移动，故选B。