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    5．利用所学化学知识回答问题

    Ⅰ、甲醇是重要的化工原料，又可称为燃料．工业上利用合成气（主要成分为CO、CO2和H2）在催化剂的作用下合成甲醇，发生的主反应如下：
    ①CO（g）+2H2（g）═CH3OH（g）△H=？
    ②CO2（g）+3H2（g）═CH3OH（g）+H2O（g）△H=-58kJ/mol
    ③CO2（g）+H2（g）═CO（g）+H2O（g）△H=+41kJ/mol
    回答下列问题：
    （1）已知反应①中的相关的化学键键能数据如下：
    化学键H-HC-OC
    $\frac{\underline{\;←\;}}{\;}$O    		H-OC-H
    E/（kJ•mol-1）4363431076465x
    则x=413kJ/mol．
    （2）若T℃时将6molCO2和8molH2充入2L密闭容器中发生反应②，测得H2的物质的量随时间变化如图1中状态Ⅰ（图1中实线）所示．图1中数据A（1，6）代表在1min时H2的物质的量是6mol．
    ①T℃时，状态Ⅰ条件下，平衡常数K=0.5；
    ②其他条件不变，仅改变温度时，测得H2的物质的量随时间变化如图中状态Ⅲ所示，则状态Ⅲ对应的温度＞（填“＞”“＜”或“=”）T℃；
    ③一定温度下，此反应在恒容容器中进行，能判断该反应达到化学平衡状态依据的是bc．
    a． 2个C=O断裂的同时有2个H-O生成     b．容器中混合气体平均摩尔质量不变
    c．v逆（H2）=3v正（CH3OH）               d．甲醇和水蒸气的体积比保持不变
    Ⅱ、二氧化碳的回收利用是环保领域研究的热点课题．
    （1）CO2经过催化氢化合成低碳烯烃．在2L恒容密闭容器中充入2moI CO2和nmol H2，在一定条件下发生反应：2C02（g）+6H2（g）?CH2=CH2（g）+4H20（g），△H=-128kJ/mol．CO2的转化率与温度、投料比[X=$\frac{n（{H}_{2}）}{n（C{O}_{2}）}$]的关系如图2所示．
    ①X2＞  X1（填“＞”、“＜”或“=”）
    ②在500K时，若B点的投料比为3.5，且从反应开始到B点需要10min，则v（H2）=0.225mol/（L．min）．
    （2）以稀硫酸为电解质溶液，利用太阳能将CO2转化为低碳烯烃，工作原理图3如下，则左侧产生乙烯的电极反应式为2CO2+12e-+12H+=CH2=CH2+4H2O．

    分析 （1）依据盖斯定律和化学反应焓变=反应物键能总和-生成物键能总和计算；
    （2）①由图可知，T℃时平衡时氢气的物质的量为2mol，参加反应的氢气的物质的量为8mol-2mol=6mol，氢气的浓度变化量为$\frac{6mol}{2L}$=3mol/L，据此结合三段式计算平衡时各组分的平衡浓度，代入平衡常数表达式计算；
    ②由图可知，曲线Ⅲ到达平衡的时间缩短，反应速率加快，平衡时氢气的物质的量增大，平衡向逆反应移动，据此判断；
    ③达到反应平衡状态时，在一定条件下的可逆反应里，正反应速率和逆反应速率相等，反应混合物中各组成成分的百分含量保持不变，该反应就达到平衡状态，据此分析解答．
    Ⅱ、（1）①相同条件下，投料比[X=$\frac{n（{H}_{2}）}{n（C{O}_{2}）}$]越大，二氧化碳的转化率越大，据此判断X1、X2的相对大小；
    ②若B点的投料比为3.5，且从反应开始到B点需要10min，n（CO2）=2mol，则n（H2）=10mol，B点二氧化碳的转化率为75%，则参加反应的n（CO2）=2mol×75%=1.5mol，根据二氧化碳和氢气之间的关系式知，参加反应的n（H2）=3n（CO2）=4.5mol，则v（H2）=$\frac{\frac{△n}{V}}{△t}$；
    （2）阴极上二氧化碳得电子和氢离子反应生成乙烯和水．

    解答 解：（1）依据盖斯定律计算①CO（g）+2H2（g）═CH3OH（g）△H=②-③=-58kJ/mol-41kJ/mol=-99kJ/mol
    焓变=反应物键能总和-生成物键能总和，则反应①的△H=-99kJ/mol=1076kJ/mol+2×436kJ/mol-3×xkJ/mol-343kJ/mol-465kJ/mol，
    解得：x=413kJ/mol，
    故答案为：413kJ/mol；
    （2）①由图可知，T℃时平衡时氢气的物质的量为2mol，参加反应的氢气的物质的量为8mol-2mol=6mol，氢气的浓度变化量为$\frac{6mol}{2L}$=3mol/L，则：
                          CO2（g）+3H2（g）?CH3OH（g）+H2O（g）
    开始（mol/L）：3             4                0                   0   
    变化（mol/L）：1             3                 1                  1
    平衡（mol/L）：2             1                 1                  1
    故该温度下平衡常数k=$\frac{c（C{H}_{3}OH）•c（{H}_{2}O）}{c（C{O}_{2}）•{c}^{3}（{H}_{2}）}$=$\frac{1×1}{2×{1}^{3}}$=0.5，
    故答案为：0.5
    ②由图可知，曲线Ⅲ到达平衡的时间缩短，反应速率加快，平衡时氢气的物质的量增大，平衡向逆反应移动，则条件改变是升温，
    故答案为：＞；
    ③a.2个C=O断裂的同时有2个H-O生成，都是指正反应方向，所以不能判断达到了平衡状态，故a错误；
    b．容器中混合气体平均摩尔质量不变，则正逆反应速率相等，表明反应达到平衡状态，故b正确；
    c．v逆（H2）=3v正（CH3OH），则正逆反应速率相等，表明反应达到平衡状态，故c正确；
    d．甲醇和水蒸气都是生成物，体积比始终保持不变，所以不能判断达到了平衡状态，故d错误；
    故答案为：b c；
    Ⅱ、（1）①相同条件下，投料比[X=$\frac{n（{H}_{2}）}{n（C{O}_{2}）}$]越大，二氧化碳的转化率越大，根据图知，相同温度下X1的转化率大于X2，所以X1＞X2，
    故答案为：＞；
    ②若B点的投料比为3.5，且从反应开始到B点需要10min，n（CO2）=2mol，则n（H2）=7mol，B点二氧化碳的转化率为75%，则参加反应的n（CO2）=2mol×75%=1.5mol，根据二氧化碳和氢气之间的关系式知，参加反应的n（H2）=3n（CO2）=4.5mol，则v（H2）=$\frac{\frac{△n}{V}}{△t}$=$\frac{\frac{4.5mol}{2L}}{10min}$=0.225mol/（L．min），
    故答案为：0.225mol/（L．min）；
    （2）阴极上二氧化碳得电子和氢离子反应生成乙烯和水．电极反应式为：2CO2+12e-+12H+=CH2=CH2+4H2O，
    故答案为：2CO2+12e-+12H+=CH2=CH2+4H2O．

    点评 本题考查物质的量浓度随时间变化曲线、化学平衡常数、化学反应速率的有关计算、影响化学平衡的因素等，难度中等，注意分析曲线的变化特点．

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    10．以高纯H2为燃料的质子交换膜燃料电池具有能量效率高、无污染等优点，但燃料中若混有CO将显著缩短电池寿命．以甲醇为原料制取高纯H2是重要研究方向．
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    （2）甲醇水蒸气重整制氢主要发生以下两个反应：
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    副反应：H2（g）+CO2（g）═CO（g）+H2O（g）△H=+41kJ•mol-1
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    （3）甲醇水蒸气重整制氢消耗大量热能，科学家提出在原料气中掺入一定量氧气，理论上可实现甲醇水蒸气自热重整制氢．
    已知：CH3OH（g）+$\frac{1}{2}$O2（g）═CO2（g）+2H2（g）△H=-193kJ•mol-1
    则5CH3OH（g）+4H2O（g）+$\frac{1}{2}$O2（g）═5CO2（g）+14H2（g）的△H=+3 kJ•mol-1．

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    A．8B．9C．11D．12

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