综合题12.0分
化学

研究表明,在Cu/ZnO催化剂存在下,CO2和H2可发生两个平行反应,分别生成CH3OH和CO,反应的热化学方程式如下:

CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)△H1    反应Ⅰ

CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g)△H2 =+41.2kJ•mol-1  反应Ⅱ

某实验室控制CO2和H2初始投料比为1:2.2,在相同压强下,经过相同反应时间测得如下实验数据:

[备注]Cat.1:Cu/ZnO纳米棒;Cat.2:Cu/ZnO纳米片;甲醇选择性:转化的CO2中生成甲醇的百分比

46.研究证实,CO2可在酸性水溶液中通过电解生成甲醇,则生成甲醇的电极反应式是________________________________。

47.从表中实验数据可以分析出,提高CO2转化成CH3OH的选择性的方法有______________。

48.能说明反应Ⅱ已经达到平衡状态的是

49.在恒容密闭容器中,由CO2和H2进行反应I合成甲醇,在其它条件不变的情况下,探究温度对化学平衡的影响,实验结果如图。

①△H1_________0(填“>”、“<”或“=”)

②有利于提高CO2平衡转化率的措施有___________(填标号)。

50.在T1温度时,将1.00molCO2和3.00molH2充入体积为1.00L的恒容密闭容器中,容器起始压强为P0,仅进行反应I。

充分反应达到平衡后,若CO2转化率为a,则容器内的压强与起始压强之比为________(用a表示)。

若经过3h反应达到平衡,平衡后,混合气体物质的量为3.00mol,则该过程中H2的平均反应速率为____________(保留三位有效数字);平衡常数K可用反应体系中气体物质分压表示,即K表达式中用平衡分压代替平衡浓度,分压=总压×物质的量分数。则上述反应压力平衡常数KP为____________(用P0表示,并化简)。

第1小题正确答案及相关解析

正确答案

CO2+6e-+6H+=CH3OH+H2O

解析

阳极是氧气发生还原反应,正极反应式为O2+4e+2H2O=4OH;研究证实,CO2也可在酸性水溶液中通过电解生成甲醇,碳的化合降低发生还原反应,所以生成甲醇的反应发生在阴极,该电极反应式是CO2+6e+6H+=CH3OH+H2O,

故答案为:  CO2+6e+6H+=CH3OH+H2O;

考查方向

电解池电极反应式的书写

解题思路

阳极是氧气发生还原反应,正极反应式为O2+4e+2H2O=4OH;研究证实,CO2也可在酸性水溶液中通过电解生成甲醇,碳的化合降低发生还原反应,所以生成甲醇的反应发生在阴极,该电极反应式是CO2+6e+6H+=CH3OH+H2O;

易错点

产生甲醇的电极的判断

第2小题正确答案及相关解析

正确答案

使用Cat2催化剂(或理想催化剂)    温度为543K(或降低温度)

解析

图中T2>T1,温度越高水蒸气的含量越少,平衡逆向移动,所以正反应是放热反应,由图可知提高CO2转化成CH3OH的选择性,应使平衡向正向移动,可降低温度,在Cat.2催化剂的条件下选择性最高,故答案为:使用Cat2催化剂(或理想催化剂);温度为543K(或降低温度);

考查方向

图表的分析与判断

解题思路

图中T2>T1,温度越高水蒸气的含量越少,平衡逆向移动,所以正反应是放热反应,由图可知提高CO2转化成CH3OH的选择性,应使平衡向正向移动,可降低温度,在Cat.2催化剂的条件下选择性最高;

易错点

只关注CO2的转化率

第3小题正确答案及相关解析

正确答案

D

解析

化学反应达到平衡时,正反应速率等于逆反应速率且不等于0;各组分的浓度不再变化。反应ⅡCO2(g)+H2(g)⇌CO(g)+H2O(g)△H2=+41.2kJ•mol;该反应中反应前后气体的总系数不变。据此判断。

A、反应中反应前后气体的总系数不变,所以反应前后气体的总物质的量不变。且反应中质量守恒,所以无论何时气体的平均分子质量也不变。故错误

B、混合气体的密度等于总质量除以气体的体积,所以反应前后气体的总物质的量不变。相同条件下气体的体积之比等于物质的量之比。故错误

C、化学反应达到平衡时,正反应速率等于逆反应速率且不等于0,两个都是正向,故错误

D、化学反应达到平衡时,正反应速率等于逆反应速率且不等于0;各组分的浓度不再变化n(CO)/n(H2)不变,则各组分的浓度不再变化,故正确。

故答案为D

考查方向

化学平衡状态的判断

解题思路

化学反应达到平衡时,正反应速率等于逆反应速率且不等于0;各组分的浓度不再变化。反应ⅡCO2(g)+H2(g)⇌CO(g)+H2O(g)△H2=+41.2kJ•mol;该反应中反应前后气体的总系数不变。据此判断。

易错点

A、B项中平均相对分子质量以及混合气体密度的计算。

第4小题正确答案及相关解析

正确答案

A

解析

①图中T2>T1,温度越高水蒸气的含量越少,平衡逆向移动,所以正反应是放热反应,所以△H1<0,故答案为:<;

②A.降低反应温度,平衡正向移动,CO2平衡转化率增大,故正确;

B.在恒压密闭容器中,投料比不变,增加反应物的浓度,CO2平衡转化率不变,故错误;

C.增大CO2和H2的初始投料比,二氧化碳转化率降低,而氢的转化率增大,故错误;

D.混合气体中掺入一定量惰性气体,相当于减小压强,平衡逆向移动,二氧化碳转化率降低,故错误;故选A;

考查方向

化学平衡图像的分析,化学平衡移动的判断。

解题思路

①图中T2>T1,温度越高水蒸气的含量越少,平衡逆向移动,所以正反应是放热反应,所以△H1<0;

②A.降低反应温度,平衡正向移动,CO2平衡转化率增大;

B.在恒压密闭容器中,投料比不变,增加反应物的浓度,CO2平衡转化率不变;

C.增大CO2和H2的初始投料比,二氧化碳转化率降低,而氢的转化率增大;

D.混合气体中掺入一定量惰性气体,相当于减小压强,平衡逆向移动,二氧化碳转化率降低;

易错点

T1、T2哪个温度更高

第5小题正确答案及相关解析

正确答案

     0.5mol·L-1·h-1      

解析

CO2(g)+3H2(g)⇌CH3OH(g)+H2O(g)

c(初):  1          3           0         0

c(变):  a         3a           a         a

c(平):1﹣a      3﹣3a          a         a

所以,则=,故答案为:

平衡后,混合气体物质的量为3.00mol,则反应的氢气的物质的量为1.5mol,v===0.5mol•L﹣1•h﹣1

CO2(g)+3H2(g)⇌CH3OH(g)+H2O(g)

c(初):      1         3         0           0

c(变):      0.5       1.5        0.5         0.5

c(平):     0.5       1.

考查方向

化学平衡的计算

解题思路

在T1温度时,将1.00molCO2和3.00molH2充入体积为1.00L的恒容密闭容器中,容器起始压强为P0,仅进行反应I.

容器的压强与起始压强之比为等于物质的量之比;

v=,求H2的平均反应速率;该温度下反应的化学平衡常数K=;Kp=.

易错点

三段式的正确书写,反应中变量的确定。