Question

【题目】CO是大气污染气体，可利用化学反应进行治理或转化。

(1)甲醇是重要的溶剂和燃料，工业上用CO和H2在一定条件下制备CH3OH的反应为：CO(g)＋2H2(g)CH3OH(g) △H<0

①T℃时，向容积为2L的恒容密闭容器中充入1 mol CO和1.2 mol H2，一段时间后达到平衡，此时H2与CH3OH的体积分数之比为2：5，该反应的平衡常数K＝___________；此时若向容器中再通入0.4 mol CO和0.2 mol CH3OH(g)，则平衡将___________移动。(填“向正反应方向”“不”或“向逆反应方向”)

②在一容积可变的密闭容器中充入一定物质的量的CO和H2，测得CO在不同温度下的平衡转化率与压强的关系如图所示。a、b、c三点平衡常数K(a)、K(b)、K(c)的大小关系是___________。b、d点的正反应速率vb(CO)_______va(CO).

(2)沥青混凝土可作为2CO(g)＋O2(g)2CO2(g)反应的催化剂。图表示在相同的恒容密闭容器、相同起始浓度、反应相同的时间，使用同质量的不同沥青混凝土(α型、β型)催化时，CO的转化率与温度的关系。

①a、b、c、d四点中表示平衡状态的是___________；

②e点转化率出现突变的原因可能是______________________。

(3)电解法转化CO2可实现CO2资源化利用。电解时CO2在阴极区转化为HCOOH，其原理示意图如下：

电解一段时间后，阳极区的KHCO3溶液浓度降低，其原因是_________________________。

Answer 1

【答案】100 正反应方向 K(a) > K(b) > K(c) > c、d 温度升高后催化剂失去活性 阳极产生O2，pH降低，HCO3-的浓度降低，K+部分迁移至阴极区

【解析】

（1）①同一容器中，两种气体的体积之比等于物质的量之比，计算出平衡时反应物生成物各自的物质的量浓度，然后计算平衡常数，达到平衡后再通入0.4 mol CO和0.2 mol CH3OH(g)，计算此时的浓度商，然后与平衡常数对比；

②CO(g)＋2H2(g)CH3OH(g) △H<0，该反应正反应为放热反应，当压强相同时，温度越高CO的平衡转化率越低，结合图象，T1<T2<T3，对应放热反应，温度越高，平衡常数越小；同温时压强越大反应速率越快；

（2）①对应放热反应，当反应达到平衡后，升高温度平衡要逆向移动，反应物转化率下降，判断a、b、c、d四点中哪个点处于平衡状态；

②e点转化率出现突变的原因可能是温度升高催化剂中毒，失去活性；

（3）阳极产生发生的电极反应式为：2H2O-4e-=O2↑+4H+，阳极产生的H+与HCO3-反应，导致HCO3-的浓度降低，K+部分迁移至阴极区。

（1）①CO(g)＋2H2(g)CH3OH(g)，T℃时，向容积为2L的恒容密闭容器中充入1 mol CO和1.2 mol H2，一段时间后达到平衡，令反应消耗CO的物质的量为xmol，反应中反应物、生成物物质的量变化之比等于化学计量数之比，故反应消耗H2的物质的量为2xmol，反应生成CH3OH的物质的量为xmol，故平衡时n(CO)=(1-x)mol，n(H2)=(1.2-2x)mol，n(CH3OH)=xmol，同一容器中，两气体的体积之比等于物质的量之比，(1.2-2x)：x=2：5，x=5/6，x=0.5，故平衡时n(CO)=0.5mol，n(H2)=0.2mol，n(CH3OH)=0.5mol，c(CO)=0.25 mol·L－1，c(H2)=0.1mol·L－1，c(CH3OH)= 0.25 mol·L－1，K=0.25/[0.25×(0.1)2]=100；此时向容器中再通入0.4 mol CO和0.2 mol CH3OH(g)，容器中CO、CH3OH的物质的量浓度变为0.45 mol·L－1、0.35 mol·L－1，Qc=0.35/[0.45×(0.1)2]=77.7<100，说明此时平衡向正反应方向移动；

②CO(g)＋2H2(g)CH3OH(g) △H<0，该反应正反应为放热反应，当压强相同时，温度越高CO的平衡转化率越低，结合图象，T1<T2<T3，正反应为放热反应，温度越高，正反应的平衡常数越小，故K(a) > K(b) > K(c)；在其他条件相同时，增大压强，化学反应速率加快，由于压强b> d，vb(CO) > va(CO).；

（2）①当反应达到平衡后，升高温度平衡要逆向移动，CO的转化率降低，则a、b、c、d四点中表示平衡状态的是c、d；

②e点转化率出现突变的原因可能是温度升高后催化剂失去活性；

（3）阳极产生发生的电极反应式为：2H2O-4e-=O2↑+4H+，阳极产生的H+与HCO3-反应，H++ HCO3-= CO2↑+H2O，HCO3-的浓度降低，K+部分迁移至阴极区。