Question

【题目】180℃时将0.5 mol H2和1 mol CO2通入2 L的恒容密闭容器中，此时容器内总压强为P0(已知分压=总压×物质的量分数)，反应生成甲醇蒸汽(CH3OH)和H2O，测得各物质的物质的量随时间的部分变化如图所示，回答下列问题：

(1)该反应的化学方程式为：___________________

(2)在0～3 min内H2的平均化学反应速率为___________________

(3)0-1分钟的速率为V1，2-3分钟的速率为V2,10-11分钟的速率为V3，则V1、V2、V3由大到小的顺序为____________________________。

(4)3min内H2的转化率为______。

(5)平衡时，容器内的压强为__________，CO2的分压为____________(均保留2位有效数字)

(6)以(1)中反应设计成原电池(用硫酸作电解质溶液)，则正极反应式为______________。

Answer 1

【答案】CO2+3H2CH3OH+H2O 0.05 mol·L-1·min-1 V1 > V2 > V3 60% 0.87P0 0.60P0 CO2+6e-+6H+ =CH3OH+H2O

【解析】

H2和CO2反应生成甲醇蒸汽(CH3OH)和H2O，由图像可知，3min时达到平衡状态，根据CO2、H2和CH3OH的变化量可知反应物和生成物的系数比，以此写出化学方程式。0～3 min内，其他条件相同，反应物浓度逐渐减小，所以反应速率逐渐减小。根据0～3 min内H2浓度的变化量可求出H2的平均化学反应速率和转化率。列出三段式，找出平衡时混合气体中各成分的物质的量的分数，再求出CO2的分压。根据原电池原理，正极发生的是化合价降低得电子的还原反应，据此解答。

(1) H2和CO2反应生成甲醇蒸汽(CH3OH)和H2O，由图像可知，3min时达到平衡状态，0～3 min CO2、H2和CH3OH的变化量分别为：0.1mol、0.3mol、0.1mol，化学反应中变化量之比等于化学计量数之比，则方程式中CO、H2和CH3OH系数比为1:3:1，因此该反应方程式可表示为CO2+3H2CH3OH+xH2O，根据原子守恒，得x=1，所以该反应的化学方程式为：CO2+3H2CH3OH+H2O，

故答案为：CO2+3H2CH3OH+H2O；

(2)在0～3 min内H2的平均化学反应速率===0.05 mol·L-1·min-1，

故答案为：0.05 mol·L-1·min-1；

(3) 0～3 min内，其他条件相同，反应物浓度逐渐减小，所以反应速率逐渐减小，则V1、V2、V3由大到小的顺序为V1 > V2 > V3，

故答案为：V1 > V2 > V3；

(4)3min内H2的转化率为×100%=60%，

故答案为：60%；

(5) CO2+3H2CH3OH+H2O

起始量（mol） 1 0.5 0 0

变化量（mol）0.1 0.3 0.1 0.1

平衡量（mol）0.9 0.2 0.1 0.1

平衡时混合气体总物质的量为：0.9mol+0.2mol+0.1mol+0.1mol=1.3mol，

根据起始状态和平衡状态下，压强之比等于物质的量之比，平衡时，容器内的压强为×P0=0.87P0；CO2的分压为0.87P0×=0.60P0。

故答案为：0.87P0 ；0.60P0；

(6) 原电池正极发生的是化合价降低得电子的反应，根据方程式可知是CO2得电子，另外，由于H2SO4存在，所以发生的CO2酸性条件下的电极反应：CO2+6e-+6H+ =CH3OH+H2O；
故答案为：CO2+6e-+6H+ =CH3OH+H2O。