Question

【題目】I. 科學(xué)家研究出一種以天然氣為燃料的“燃燒前捕獲系統(tǒng)”，其簡單流程如圖所示部分(條件及物質(zhì)未標(biāo)出)。

（1）工業(yè)上可用H2和CO2制備甲醇，其反應(yīng)為：CO2(g)+3H2(g) CH3OH(g)+H2O(g)，某溫度下，將1 mol CO2和3 mol H2充入體積不變的2 L密閉容器中，發(fā)生上述反應(yīng)，測得不同時(shí)刻反應(yīng)前后的壓強(qiáng)關(guān)系如下：

時(shí)間/h	1	2	3	4	5	6
P后/P前	0.9	0.85	0.83	0.81	0.80	0.80

用H2 表示前2 h平均反應(yīng)速率v(H2) ＝__________ mol·（L·h)-1。

（2）在300 ℃、8 MPa下，將二氧化碳和氫氣按物質(zhì)的量之比為1∶3通入一密閉容器中發(fā)生(1)中反應(yīng)，達(dá)到平衡時(shí)，測得二氧化碳的平衡轉(zhuǎn)化率為50%，則該反應(yīng)條件下的平衡常數(shù)Kp＝ ________(用平衡分壓代替平衡濃度計(jì)算，分壓＝總壓×物質(zhì)的量分?jǐn)?shù))。

（3）CO2經(jīng)催化加氫可合成低碳烯烴：2CO2(g)+6H2(g) C2H4(g)+4H2O(g) ΔH。在0.1 MPa時(shí)，按n(CO2)∶n(H2)＝1∶3投料，如圖所示為不同溫度(T)下，平衡時(shí)四種氣態(tài)物質(zhì)的物質(zhì)的量(n)關(guān)系：

①該反應(yīng)的ΔH ______ 0 (填“＞”、“＝”或“＜”)。

②曲線c表示的物質(zhì)為 ____________________。

II. 砷有兩種常見的弱酸，砷酸(H3AsO4)和亞砷酸(H3AsO3)。某小組欲探究可逆反應(yīng)AsO33-+I2+2OH- AsO43- + 2I- + H2O。設(shè)計(jì)如下圖I所示裝置。實(shí)驗(yàn)操作及現(xiàn)象:按圖I裝置加入試劑并連接裝置，電流由C2流入C1。當(dāng)電流變?yōu)榱銜r(shí)，向圖I裝置左邊燒杯中逐滴加入一定量2mol/L的鹽酸，發(fā)現(xiàn)又產(chǎn)生電流，實(shí)驗(yàn)中電流與時(shí)的關(guān)系如圖II所示。

（1）圖II中AsO43-的逆反應(yīng)速率:a____b( 填“>”、“<”或“=” )。

（2）寫出圖II中c點(diǎn)對(duì)應(yīng)圖I裝置的正極反應(yīng)式__________________________。

（3）能判斷該反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)的是________。

a.2v(I-)正=v(AsO33-)逆b.溶液的pH不再變化

c.電流表示數(shù)變?yōu)榱?/span> d.溶液顏色不再變化

Answer 1

【答案】0.225 MPa-2（或0.021MPa-2） < C2H4 < AsO43-+2e-+2H+=AsO33-+H2O bcd

【解析】

I. (1)列出三段式，找出濃度變化量，再根據(jù)v(H2)=計(jì)算；

(2) 列出三段式，找出CO2、H2、CH3OH、H2O的分壓，再根據(jù)v(H2)=Kp=計(jì)算；

(3)①由曲線變化可知隨著溫度升高，氫氣的物質(zhì)的量逐漸增多，說明升高溫度平衡逆向移動(dòng)，則正反應(yīng)放熱，ΔH<0。

②隨著溫度升高，氫氣的物質(zhì)的量逐漸增多，因氫氣為反應(yīng)物，則另一條逐漸增多的曲線a代表CO2，由計(jì)量數(shù)關(guān)系可知曲線b代表水，曲線c代表C2H4。

II. （1）隨著反應(yīng)的進(jìn)行，離子濃度減小，電流減小，正反應(yīng)速率減小，逆反應(yīng)速率增大，故圖II中AsO43-的逆反應(yīng)速率：a<b；

（2）圖II中c點(diǎn)酸性條件下對(duì)應(yīng)圖I裝置的正極AsO43-得電子產(chǎn)生AsO33-；

（3）a.根據(jù)速率關(guān)系，v(I-)正=2v(AsO33-)逆 ，則等式始終成立，反應(yīng)不一定處于平衡狀態(tài)；b.溶液的pH不再變化，則氫氧根離子濃度也保持不變，反應(yīng)處于平衡狀態(tài)；

c.電流表示數(shù)變?yōu)榱銊t氧化還原反應(yīng)中電子轉(zhuǎn)移不再增減，反應(yīng)物的濃度保持不變，反應(yīng)處于平衡狀態(tài)；

d.溶液顏色不再變化，則碘單質(zhì)的濃度保持不變，反應(yīng)處于平衡狀態(tài)；

I. (1)由反應(yīng)前后的壓強(qiáng)關(guān)系可知2 h時(shí)，體系中氣體的總的物質(zhì)的量為4mol0.85=3.4 mol，減少了0.6 mol。

CO2(g)　+ 3H2(g) CH3OH(g)+ H2O(g)　 Δn(減少)

起始(mol)　　1　　　 3　　　 　0　　　 　0 2

變化(mol)　　0.3　 0.9　 　 0.3　 　0.3　　 0.6

2h末(mol)　 0.7　　 2.1　 0.3　　 　0.3

v(H2)===0.225 mol·L-1·h-1。

因此，本題正確答案是：0.225；

(2)設(shè)開始時(shí)投入CO2和H2的物質(zhì)的量分別為1 mol和3 mol。

CO2(g)　+ 3H2(g) CH3OH(g)+ H2O(g)　

起始(mol)　　1　　　 3　　　 　0　　　 　0

變化(mol)　　0.5　 1.5　 　 0.5　 　0.5　　

平衡(mol)　 0.5　　 1.5　 0.5　　 　0.5

則平衡時(shí)

p(CO2)=8 MPa×=4/3 MPa， p(H2)=8 MPa×=4 MPa，p(CH3OH)=8 MPa×=4/3 MPa，p(H2O)=8 MPa×=4/3 MPa，Kp===≈0.021(MPa-2)。

因此，本題正確答案是： MPa-2（或0.021MPa-2）；

(3)①由曲線變化可知隨著溫度升高，氫氣的物質(zhì)的量逐漸增多，說明升高溫度平衡逆向移動(dòng)，則正反應(yīng)放熱，ΔH<0。

②隨著溫度升高，氫氣的物質(zhì)的量逐漸增多，因氫氣為反應(yīng)物，則另一條逐漸增多的曲線a代表CO2，由計(jì)量數(shù)關(guān)系可知曲線b代表水，曲線c代表C2H4。

因此，本題正確答案是：<；C2H4；

II. （1）隨著反應(yīng)的進(jìn)行，離子濃度減小，電流減小，正反應(yīng)速率減小，逆反應(yīng)速率增大，故圖II中AsO43-的逆反應(yīng)速率：a<b；

因此，本題正確答案是：<；

（2）圖II中c點(diǎn)酸性條件下對(duì)應(yīng)圖I裝置的正極AsO43-得電子產(chǎn)生AsO33-，電極反應(yīng)式為AsO43-+2e-+2H+= AsO33-+H2O；

因此，本題正確答案是：AsO43-+2e-+2H+=AsO33-+H2O；

（3）a.根據(jù)速率關(guān)系，v(I-)正=2v(AsO33-)逆 ，則等式始終成立，反應(yīng)不一定處于平衡狀態(tài)；b.溶液的pH不再變化，則氫氧根離子濃度也保持不變，反應(yīng)處于平衡狀態(tài)；

c.電流表示數(shù)變?yōu)榱悖瑒t氧化還原反應(yīng)的正反應(yīng)速率與逆反應(yīng)速率相等，反應(yīng)物的濃度保持不變，反應(yīng)處于平衡狀態(tài)；

d.溶液顏色不再變化，則碘單質(zhì)的濃度保持不變，反應(yīng)處于平衡狀態(tài)；

因此，本題正確答案是：bcd。