Question

【题目】工业上CO2用于生产燃料甲醇,既能缓解温室效应,也为能源寻找了新渠道。合成甲醇的反应为:CO2(g)+3H2(g)=CH3OH(g)+H2O(g)。

（1）已知:CO的燃烧热△H=-283.0kJ/mol

2H2(g)+O2(g)=2H2O(g) △H=-483.6kJ/mol

CO(g)+2H2(g) CH3OH(g) △H=-90.1KJ/mol

则:CO2(g)+3H2(g) CH3OH(g)+H2O(g) △H=___KJ/mol

（2）T℃时,测得不同时刻恒容密闭容器中CO2(g)、H2(g)、CH3OH(g)、H2O(g)的浓度变化如下表所示

①c=___mol/L,从反应开始到平衡时,CH3OH的平均反应速率v(CH3OH)=__

②下列能说明该反应达到平衡状态的是____________

A.每消耗 1mol CO2的同时生成1 mol CH3OH

B.容器中气体的压强不再改变

C.混合气体的平均相对分子质量不发生变化

D.容器中气体的密度不再改变

（3）在催化剂作用下,若测得甲醇的产率与反应温度、压强的关系如下图所示:

①分析图中数据可知,在220℃、5.0MPa时,CO2的转化率为__将温度降低至140℃、压强减小至2.0MPa,CO2的转化率将___(填“增大”、“减小”或“不变”)

②200℃、2.0MPa时,将amol/LCO2和3amol/LH2充入VL密闭容器中,在催化剂作用下反应达到平衡。根据图中数据计算所得甲醇的质量为___g(用含a的代数式表示)

（4）用NaOH溶液吸收CO2所得饱和碳酸钠溶液可以对废旧电池中的铅膏(主要成分PbSO4)进行脱硫反应。已知Ksp(PbSO4)=1.6x10-8,Ksp(PbCO3)=7.4×10-14，

PbSO4(s)+CO32-(aq) PbCO3(s)+SO42-(aq),则该反应的平衡常数K=______(保留三位有效数字);若在其溶液中加入少量Pb(NO3)2晶体,则c(SO42-):c(CO32-)的比值将______(填“增大”、“减小、”或“不变”)。

Answer 1

【答案】 －48.9 0.75 0.075 mol·(L·min)－1 BC 25% 增大 4.8aV 2.16×105 不变

【解析】（1）根据盖斯定律：①CO(g)+ 1/2O2(g)= CO2(g) △H=-283.0kJ/mol；②2H2(g)+O2(g)=2H2O(g) △H=-483.6kJ/mol； ③ CO(g)+2H2(g) CH3OH(g) △H=-90.1KJ/mol；三个反应联立，消去CO、O2，得总反应为CO2(g)+3H2(g) CH3OH(g)+H2O(g) △H=－48.9KJ/mol；正确答案：－48.9。

（2）①根据图示可知，反应进行到3分钟时，甲醇的浓度为0.5 mol/L，消耗氢气1.5 mol/L，剩余氢气1.5 mol/L，原有氢气3 mol/L；反应进行到10分钟时，达到平衡状态，水蒸气变化了0.75 mol/L，氢气消耗了2.25 mol/L，剩余氢气3-2.25 =0.75 mol/L；达平衡时，甲醇的量为0.75 mol/L，CH3OH的平均反应速率v(CH3OH)=0.75/10=0.075 mol·(L·min)－1;正确答案：0.75； 0.075 mol·(L·min)－1 。

② 每消耗 1mol CO2的同时生成1 mol CH3OH，速率反应方向相同，A错误；该反应为体积变化V≠0反应，容器中气体的压强不再改变，反应达到平衡状态，B正确；反应前后混合气体的质量不变，反应后气体的总量变小，混合气体的平均相对分子质量不发生变化，反应达到平衡状态，C正确；反应前后混合气体的质量不变，容器的体积不变，容器中气体的密度恒为定值，不能判定反应是否达到平衡状态，D错误；正确选项BC。

（3）假设起始时CO2(g)为1 mol，转化率为x,根据反应方程式CO2(g)+3H2(g)=CH3OH(g)+H2O(g)，可知CH3OH的量为xmol，x/1×100%=25%, x=0.25mol，二氧化碳的转化率为0.25/1×100%=25%,温度越高，甲醇的产率越低，说明该反应为放热反应，压强越大，甲醇的产率越高，因此转化率将增大，正确答案：25% ； 增大。

② 起始时CO2(g)为aVmol，转化率为x,根据反应方程式CO2(g)+3H2(g)=CH3OH(g)+H2O(g)，可知CH3OH的量为xmol，CH3OH的产率=x/aV×100%=15%, x=0.15 aVmol, CH3OH的质量为0.15 aV×32= 4.8aV；正确答案：4.8aV。

（4）PbSO4(s)+CO32-(aq) PbCO3(s)+SO42-(aq), 反应的平衡常数K= c(SO42-)/ c(CO32-)= Ksp(PbSO4)/ Ksp(PbCO3)= 1.6x10-8/7.4×10-14=2.16×105；若在其溶液中加入少量Pb(NO3)2晶体,对平衡没有影响，平衡不移动，所以c(SO42-):c(CO32-)的比值不变；正确答案：2.16×105；不变。