为倡导“节能减排”和“低碳经济”，降低大气中CO2含量及有效地开发利用CO2 ，工业上可用CO2来生产燃料甲醇。在体积为2L的密闭容器中，充入1molCO2、3molH2 ，一定条件下发生反应：CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)。经测得CO2和CH3OH的物质的量随时间变化如图所示。

1. 为倡导“节能减排”和“低碳经济”，降低大气中CO₂含量及有效地开发利用CO₂ ，工业上可用CO₂来生产燃料甲醇。在体积为2L的密闭容器中，充入1molCO₂、3molH₂ ，一定条件下发生反应：CO₂(g)+3H₂(g) $\text{[math]}$ CH₃OH(g)+H₂O(g)。经测得CO₂和CH₃OH的物质的量随时间变化如图所示。

(1) 写出该反应的化学平衡常数表达式：K=。

(2) 在3min末，反应速率v(正)v(逆)(选填＞、＜或=)。

(3) 从反应开始到平衡，平均反应速率v(CO₂)=。达到平衡时，H₂的转化率为。

(4) 下列措施可以加快反应速率的是____。 A. 升高温度 B. 加入催化剂 C. 增大压强 D. 及时分离出CH₃OH

(5) 若上述反应分别在甲、乙、丙三个相同的密闭容器中进行，经同一段时间后，测得三个容器中的反应速率分别为：甲：v(H₂)=0.45mol•L^-1•s^-1；乙：v(CO₂)=0.2mol•L^-1•s^-1；丙：v(CH₃OH)=6mol•L^-1•min^-1 ，则甲、乙、丙三个容器中反应速率由快到慢的顺序为。

【考点】

化学平衡常数; 化学反应速率的影响因素; 化学平衡转化过程中的变化曲线; 化学反应速率与化学平衡的综合应用; 化学平衡的计算; 化学反应速率和化学计量数的关系;

【答案】

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综合题困难

1. 甲醇是重要的化工原料之一，也可用作燃料。利用合成气(主要成分为CO和 $\text{[math]}$ ，含少量 $\text{[math]}$ )可以合成甲醇，涉及的反应如下：

反应ⅰ： $\text{[math]}$ $\text{[math]}$

反应ⅱ： $\text{[math]}$ $\text{[math]}$

反应ⅲ： $\text{[math]}$ $\text{[math]}$

回答下列问题：

(1) 反应ⅰ的反应热 $\text{[math]}$ 为kJ/mol，该反应在(填“较低”或“较高”)温度下才能自发进行。

(2) 在某催化剂作用下，反应ⅰ的反应历程如下图所示：(图中数据表示微粒数目以及微粒的相对总能量，*表示吸附在催化剂上)。反应ⅰ中生成甲醇的决速步骤的反应方程式为。

(3) 反应ⅰ的Arrhenius经验公式 $\text{[math]}$ ( $\text{[math]}$ 为活化能，k为速率常数，R和C均为常数，T为温度)，实验数据如图中曲线M所示。当改变外界条件时，实验数据如图中曲线N所示，则实验可能改变的外界条件是。

(4) 将一定量的 $\text{[math]}$ 和 $\text{[math]}$ 充入密闭容器中并加入合适的催化剂，只发生反应ⅱ和ⅲ。在相同温度、不同压强下，测得 $\text{[math]}$ 的平衡转化率、 $\text{[math]}$ 的选择性 $\text{[math]}$ 和CO的选择性 $\text{[math]}$ 随压强的变化曲线如下图所示。图中表示 $\text{[math]}$ 的平衡转化率的曲线是(填“m”“n”或“p”)，简述判断方法：。

(5) 在某催化剂作用下，反应ⅱ可以通过反应ⅰ、ⅲ来实现。保持温度T不变，向恒容密闭容器中充入4mol $\text{[math]}$ 和8mol $\text{[math]}$ ，经5min达到平衡，测得 $\text{[math]}$ 的物质的量为3mol，起始及达平衡时容器的总压强分别为 $\text{[math]}$ 、 $\text{[math]}$ ，则反应ⅱ的压强平衡常数 $\text{[math]}$ $\text{[math]}$ ( $\text{[math]}$ 为用分压代替浓度计算的平衡常数)。

综合题困难

2. 某反应的化学方程式为：M(l)+N(l) $\text{[math]}$ P(l)+Q(l)，已知v_正= k_正χ(M)·χ(N)，v_逆= k_逆χ(P)·χ(Q)，其中v_正、v_逆为正、逆反应速率，k_正、k_逆为速率常数，χ为各组分的物质的量分数。反应开始时，M和N按物质的量之比1：1投料，测得348K、343K、338K三个温度下M转化率(α)随时间(t)的变化关系如图所示。

(1) 该反应的ΔH0(填>或<)。在曲线①、②、③中，曲线③的环境温度是。A、B、C、D四点中，v_正最大的是，v_逆最大的是。348K时，以物质的量分数表示的化学平衡常数K_x=(保留2位有效数字)。

(2) 343K时，M和N按物质的量之比1：1、1：2和2：1进行初始投料。则达到平衡后，初始投料比时，M转化率最大。与按1：2投料相比，按2：1投料时化学平衡常数K_x(填“增大”、“减小”或“不变”)。

(3) 该反应使用离子交换树脂作催化剂，下列关于该催化剂的说法正确的是。

a．参与了醇解反应，但并不改变反应历程 b．使k_正和k_逆增大相同倍数

c．降低了反应的活化能 d．提高M的平衡转化率

综合题普通

3. 为了有效减少碳排放，我们可利用CO₂制备“合成气”(CO、H₂)、甲醇、二甲醚等产品，进行资源化应用，利用CO₂合成二甲醚有两种工艺。

工艺一：涉及以下主要反应：

Ⅰ.甲醇的合成：CO₂(g)＋3H₂(g)⇌CH₃OH(g)＋H₂O(g) ∆H₁<0；

Ⅱ.逆水汽变换：CO₂(g)＋H₂(g)⇌CO(g)＋H₂O(g) ∆H₂>0；

Ⅲ.甲醇脱水：2CH₃OH(g)⇌CH₃OCH₃(g)＋H₂O(g) ∆H₃>0。

工艺二：利用CO₂直接加氢合成CH₃OCH₃(反应Ⅳ)。

(1) ①反应Ⅳ的热化学方程式：2CO₂(g)＋6H₂(g)⇌CH₃OCH₃(g)＋3H₂O(g) ∆H₄=。(用上述反应的∆H表示)。

②恒温恒容条件下，下列说法能判断反应Ⅳ达到平衡的是(填字母)。

A．气体物质中碳元素与氧元素的质量比不变

B．容器内压强不变

C．容器内气体密度不变

D．混合气体的平均摩尔质量不变

(2) 工艺一需先合成甲醇。在不同压强下，按照n(CO₂)：n(H₂)=1：3投料合成甲醇，实验测定CH₃OH的平衡产率随温度的变化关系如甲图所示，CO₂的平衡转化率随温度的变化关系如乙图所示。

①下列说法正确的是。

A．P₁>P₂>P₃

B．为了同时提高CO₂的平衡转化率和CH₃OH的平衡产率，应选择低温、高压条件

C．一定温度、压强下，提高CO₂的平衡转化率的主要方向是寻找活性更高的催化剂

②图乙中，某温度时，三条曲线几乎交于一点的原因是。

(3) 对于反应CO₂(g)＋H₂(g)⇌CO(g)＋H₂O(g) ∆H₂>0，反应速率υ=υ正—υ逆=k正p(CO₂)p(H₂)—k逆p(CO)p(H₂O)，其中k正、k逆分别为正、逆反应速率常数，p为气体的分压(分压=总压×物质的量分数)。

①升高温度，k正—k逆(填“增大”“减小”或“不变”)。

②在T₁、刚性容器条件下，按照n(CO₂)：n(H₂)=1：1投料，Kc= $\text{[math]}$ ，反应达到平衡时CO₂转化率为。

③在T₂、101kPa条件下，按照n(CO₂)：n(H₂)=1：1投料，CO₂转化率为20％时， $\text{[math]}$ = $\text{[math]}$ ，用气体分压表示的平衡常数Kp=。

(4) 利用电化学装置可实现将 $\text{[math]}$ 和 $\text{[math]}$ 两种分子转化为常见化工原料，瑞典ASES公司设计的曾用于驱动潜艇的液氨—液氧燃料电池示意图如图所示：

①电极1发生的电极反应为

②电池工作一段时间后停止，溶液pH值(变大，变小，不变)。

综合题普通