Question

研究和深度开发CO、CO₂的应用对构建生态文明社会具有重要的意义。

（1）CO₂和H₂可直接合成甲醇，向一密闭容器中充入CO₂和H₂，发生反应：CO₂(g)+3H₂(g)CH₃OH(g)+H₂O(g)    ΔH

①保持温度、体积一定，能说明上述反应达到平衡状态的是____。

A．容器内压强不变             B．3v_正(CH₃OH)= v_正(H₂)

C．容器内气体的密度不变       D．CO₂与H₂O的物质的量之比保持不变

②测得不同温度时CH₃OH的物质的量随时间的变化如图1所示，则ΔH____0（填“>”或“<”）。

（2）工业生产中需对空气中的CO进行监测。

①PdCl₂溶液可以检验空气中少量的CO。当空气中含CO时，溶液中会产生黑色的Pd沉淀。若反应中有0.02 mol电子转移，则生成Pd沉淀的质量为______。

②使用电化学一氧化碳气体传感器定量检测空气中CO含量，其模型如图2所示。这种传感器利用了原电池原理，则该电池的负极反应式为______。

（3）某催化剂可将CO₂和CH₄转化成乙酸。催化剂的催化效率和乙酸的生成速率随温度的变化关系如图3所示。乙酸的生成速率主要取决于温度影响的范围是______。

（4）常温下，将一定量的CO₂通入石灰乳中充分反应，达平衡后，溶液的pH为11，则c()=____。（已知：K_sp[Ca(OH)₂]=5.6×10⁻⁶，K_sp(CaCO₃) =2.8×10⁻⁹）

（5）将燃煤产生的二氧化碳回收利用，可达到低碳排放的目的。图4是通过光电转化原理以廉价原料制备新产品的示意图。催化剂a、b之间连接导线上电子流动方向是____（填“a→b”或“b→a”）。

Answer

AD ＜ 1.06 g CO+4OH−−2e−CO32-+2H2O 300℃～400℃ 5×10−10 mol·L−1 a→b

【解析】

（1）①反应前后气体分子数不相同，容器内压强不变意味着气体分子数不发生变化，反应到达平衡，A正确；

v正(CH3OH)=3v正(H2)，表示的是同一方向反应速率，不能说明达到平衡状态，B错误；

密度等于质量除以容器体积，反应体系质量保持不变，容器体积固定，容器内气体的密度不变，不能说明达到平衡状态，C错误；

CO2是反应物，H2O为生成物，两者的物质的量之比保持不变能够说明达到平衡状态，D正确。

②温度高先达到平衡，但达平衡后，温度越高，CH3OH物质的量越小，平衡向逆反应进行，则正反应为放热反应，即ΔH＜0。

（2）①若空气中含CO，则溶液中会产生黑色的Pd沉淀。依据PdCl2～Pd～2e−，每转移2 mol电子，生成106 g Pd沉淀，0.02 mol电子转移，生成沉淀的质量=0.02 mol×106 g·mol−1/2=1.06 g。

②测定一氧化碳气体含量，使一氧化碳发生氧化还原反应生成二氧化碳，原电池的负极是失电子发生氧化反应，碱性介质中负极电极反应为：CO+4OH−−2e−CO32-+2H2O。

（3）由图知，乙酸的生成速率在300℃后逐渐增大，催化剂已失去活性，则乙酸的生成速率主要取决于温度影响的范围：300 ℃～400 ℃。

（4） 将少量CO2气体通入石灰乳中充分反应，c2(OH−)/c()=c2(OH−)×c(Ca2+)/c()×c(Ca2+)=

Ksp[Ca(OH)2]/Ksp(CaCO3)，此时c(OH−)=1×10−3 mol·L−1，则c()==

mol·L−1=5×10−10 mol·L−1。

（5）由图可知，左室投入水，生成氧气与氢离子，催化剂a表面发生氧化反应，为负极，a、b 之间导线上的电子流动方向是a→b。