Question

【題目】CO是大氣污染氣體，可利用化學反應進行治理或轉化。

(1)甲醇是重要的溶劑和燃料，工業上用CO和H2在一定條件下制備CH3OH的反應為：CO(g)＋2H2(g)CH3OH(g) △H<0

①T℃時，向容積為2L的恒容密閉容器中充入1 mol CO和1.2 mol H2，一段時間后達到平衡，此時H2與CH3OH的體積分數之比為2：5，該反應的平衡常數K＝___________；此時若向容器中再通入0.4 mol CO和0.2 mol CH3OH(g)，則平衡將___________移動。(填“向正反應方向”“不”或“向逆反應方向”)

②在一容積可變的密閉容器中充入一定物質的量的CO和H2，測得CO在不同溫度下的平衡轉化率與壓強的關系如圖所示。a、b、c三點平衡常數K(a)、K(b)、K(c)的大小關系是___________。b、d點的正反應速率vb(CO)_______va(CO).

(2)瀝青混凝土可作為2CO(g)＋O2(g)2CO2(g)反應的催化劑。圖表示在相同的恒容密閉容器、相同起始濃度、反應相同的時間，使用同質量的不同瀝青混凝土(α型、β型)催化時，CO的轉化率與溫度的關系。

①a、b、c、d四點中表示平衡狀態的是___________；

②e點轉化率出現突變的原因可能是______________________。

(3)電解法轉化CO2可實現CO2資源化利用。電解時CO2在陰極區轉化為HCOOH，其原理示意圖如下：

電解一段時間后，陽極區的KHCO3溶液濃度降低，其原因是_________________________。

Answer 1

【答案】100 正反應方向 K(a) > K(b) > K(c) > c、d 溫度升高后催化劑失去活性 陽極產生O2，pH降低，HCO3-的濃度降低，K+部分遷移至陰極區

【解析】

（1）①同一容器中，兩種氣體的體積之比等于物質的量之比，計算出平衡時反應物生成物各自的物質的量濃度，然后計算平衡常數，達到平衡后再通入0.4 mol CO和0.2 mol CH3OH(g)，計算此時的濃度商，然后與平衡常數對比；

②CO(g)＋2H2(g)CH3OH(g) △H<0，該反應正反應為放熱反應，當壓強相同時，溫度越高CO的平衡轉化率越低，結合圖象，T1<T2<T3，對應放熱反應，溫度越高，平衡常數越小；同溫時壓強越大反應速率越快；

（2）①對應放熱反應，當反應達到平衡后，升高溫度平衡要逆向移動，反應物轉化率下降，判斷a、b、c、d四點中哪個點處于平衡狀態；

②e點轉化率出現突變的原因可能是溫度升高催化劑中毒，失去活性；

（3）陽極產生發生的電極反應式為：2H2O-4e-=O2↑+4H+，陽極產生的H+與HCO3-反應，導致HCO3-的濃度降低，K+部分遷移至陰極區。

（1）①CO(g)＋2H2(g)CH3OH(g)，T℃時，向容積為2L的恒容密閉容器中充入1 mol CO和1.2 mol H2，一段時間后達到平衡，令反應消耗CO的物質的量為xmol，反應中反應物、生成物物質的量變化之比等于化學計量數之比，故反應消耗H2的物質的量為2xmol，反應生成CH3OH的物質的量為xmol，故平衡時n(CO)=(1-x)mol，n(H2)=(1.2-2x)mol，n(CH3OH)=xmol，同一容器中，兩氣體的體積之比等于物質的量之比，(1.2-2x)：x=2：5，x=5/6，x=0.5，故平衡時n(CO)=0.5mol，n(H2)=0.2mol，n(CH3OH)=0.5mol，c(CO)=0.25 mol·L－1，c(H2)=0.1mol·L－1，c(CH3OH)= 0.25 mol·L－1，K=0.25/[0.25×(0.1)2]=100；此時向容器中再通入0.4 mol CO和0.2 mol CH3OH(g)，容器中CO、CH3OH的物質的量濃度變為0.45 mol·L－1、0.35 mol·L－1，Qc=0.35/[0.45×(0.1)2]=77.7<100，說明此時平衡向正反應方向移動；

②CO(g)＋2H2(g)CH3OH(g) △H<0，該反應正反應為放熱反應，當壓強相同時，溫度越高CO的平衡轉化率越低，結合圖象，T1<T2<T3，正反應為放熱反應，溫度越高，正反應的平衡常數越小，故K(a) > K(b) > K(c)；在其他條件相同時，增大壓強，化學反應速率加快，由于壓強b> d，vb(CO) > va(CO).；

（2）①當反應達到平衡后，升高溫度平衡要逆向移動，CO的轉化率降低，則a、b、c、d四點中表示平衡狀態的是c、d；

②e點轉化率出現突變的原因可能是溫度升高后催化劑失去活性；

（3）陽極產生發生的電極反應式為：2H2O-4e-=O2↑+4H+，陽極產生的H+與HCO3-反應，H++ HCO3-= CO2↑+H2O，HCO3-的濃度降低，K+部分遷移至陰極區。