Question

随着人类对温室效应和资源短缺等问题的重视，如何降低大气中CO₂的含量及有效地开发利用CO₂，引起了各国的普遍重视．目前工业上有一种方法是用CO₂来生产燃料甲醇．一定条件下，在体积为3L的密闭容器中，一氧化碳与氢气反应生成甲醇（催化剂为Cu₂O/ZnO）：
CO（g）+2H₂（g）CH₃OH（g）
根据题意完成下列各题：反应达到平衡时，
（1）平衡常数表达式K=

c(CH3OH)

c(CO)?c2(H2)

，升高温度，K值

减小

（填“增大”、“减小”或“不变”）．
（2）在500℃，从反应开始到平衡，氢气的平均反应速率v（H₂）=

2nB

3tB

mol?（L?min）^-1

（用 n_B t_B 表示）
（3）在其他条件不变的情况下，对处于E点的体系体积压缩到原来的

1

2

，下列有关该体系的说法正确的是

bc

a．氢气的浓度减少
b．正反应速率加快，逆反应速率也加快
c．甲醇的物质的量增加
d．重新平衡时

n(H2)

n(CH3OH)

增大
（4）据研究，反应过程中起催化作用的为Cu₂O，反应体系中含少量CO₂有利于维持催化剂Cu₂O的量不变，原因是：

Cu₂O+CO2Cu+CO₂

（用化学方程式表示）．
（5）使用燃料电池是节能减排的重要手段之一．CO和H₂（俗称水煤气）燃料电池就是其中的一种，该电池的两极分别通入燃料气（水煤气）和氧气．电解质是掺杂了Y₂O₃的ZrO₂晶体，它在高温下能传导O^2-．水煤气在一定条件下可以合成二甲醚，同时还产生一种可以参与大气循环的无机化合物，3CO+3H₂=CH₃OCH₃+CO₂ 或 2CO+4H₂=CH₃OCH₃+H₂O．上述水煤气燃料电池的负极反应方程式：（写1个）

CO+O^2--2e^-=CO₂ H₂+O^2--2e^-=2H₂O

．
（6）如图是丙烷、二甲醚燃烧过程中能量变化图，其中x为各自反应中对应的系数．根据该图写出二甲醚燃烧的热化学方程式：

CH₃OCH₃（g）+3O₂（g）

点燃

2CO₂（g）+3H₂O（l）△H=-1455kJ?mol^-1

Answer 1

分析：（1）平衡常数等于生成物的浓度幂之积除以反应物的浓度幂之积，温度升高时，甲醇的物质的量减小，说明升高温度平衡向逆反应方向移动；
（2）根据甲醇的反应速率计算氢气的反应速率；
（3）在其他条件不变的情况下，对处于E点的体系体积压缩到原来的

1

2

，体系的压强增大，正逆反应速率增大，平衡向正反应方向移动，甲醇的物质的量增加，由于温度不变，则平衡常数不变，达新平衡时，虽然氢气反应一部分，但由于体积的影响大于平衡移动的影响，则氢气的浓度增大；
（4）Cu₂O能被CO还原生成CO₂和Cu，该反应为可逆反应；
（5）CO和H₂都具有还原性，为燃料电池的负极，被氧化失去电子生成CO₂和H₂O，结合电解质书写电极反应式；
（6）根据生成1mol水放出的热量计算反应热．

解答：解：（1）平衡常数等于生成物的浓度幂之积除以反应物的浓度幂之积，根据反应方程式可知，平衡常数为K=

c(CH3OH)

c(CO)?c2(H2)

，由图象可知，当温度升高时，甲醇的物质的量减小，说明升高温度平衡向逆反应方向移动，则平衡常数减小，
故答案为：K=

c(CH3OH)

c(CO)?c2(H2)

； 减小；
（2）由图象可知，时间达到t_B时，甲醇的物质的量为n_B，则甲醇的反应速率为v（CH₃OH）=

nB

3tB

mol?（L?min）^-1，由方程式可知v（H₂）=2v（CH₃OH）=

2nB

3tB

mol?（L?min）^-1，
故答案为：

2nB

3tB

mol?（L?min）^-1；
（3）在其他条件不变的情况下，对处于E点的体系体积压缩到原来的

1

2

，体系的压强增大，正逆反应速率增大，平衡向正反应方向移动，甲醇的物质的量增加，由于温度不变，则平衡常数不变，达新平衡时，虽然氢气反应一部分，但由于体积的影响大于平衡移动的影响，则氢气的浓度增大，
故答案为：bc；
（4）Cu₂O能被CO还原生成CO₂和Cu，该反应为可逆反应，反应体系中通入少量CO₂有利于维持催化剂Cu₂O的量不变，反应为Cu₂O+CO 2Cu+CO₂，
故答案为：Cu₂O+CO2Cu+CO₂；
（5）CO和H₂都具有还原性，为燃料电池的负极，被氧化失去电子生成CO₂和H₂O，电极反应为CO+O^2--2e^-=CO₂，或H₂+O^2--2e^-=2H₂O，
故答案为：CO+O^2--2e^-=CO₂，H₂+O^2--2e^-=2H₂O；
（6）由图象可知生成1mol水时，二甲醚燃烧放出485KJ的热量，则生成3mol水，放出的热量为3×485KJ=1455KJ，
所以热化学方程式为CH₃OCH₃（g）+3O₂（g）

点燃

2CO₂（g）+3H₂O（l）△H=-1455kJ?mol^-1，
故答案为：CH₃OCH₃（g）+3O₂（g）

点燃

2CO₂（g）+3H₂O（l）△H=-1455kJ?mol^-1．

点评：本题考查较为综合，题目难度较大，本题注意（4）为易错点．