Question

工业上采用CO和H₂合成再生能源甲醇，反应为：2H₂(g)+CO(g)CH₃OH(g)    ΔH<0

（1）一定温度下，将1molCO与1molH₂通入VL恒容密闭容器中发生反应。

①该反应能自发进行的条件是______（填“高温”、“低温”或“任意温度”）

②下列说法正确的是______。

A.v_正(H₂)=2v_逆(CO)时，反应达到化学平衡状态

B.达到平衡时CO与H₂的转化率相等

C.恒温恒压，往原料气中通入少量稀有气体，CO的转化率会降低

D.该反应的正反应活化能大于逆反应活化能

③图1为温度对H₂合成甲醇反应的影响，请从反应速率和平衡的角度分析725℃以后H₂百分含量随时间增长呈现该变化趋势的原因______。

（2）在恒温T、恒压P的条件下，将3.0molCO与4.5molH₂通入容积可变的密闭容器中。达平衡时容器的体积为2L，CO的转化率为50%。

①此反应的正、逆反应速率与浓度的关系为v_正=k_正c(CO)·c²(H₂)，v_逆=k_逆c(CH₃OH)，其中k_正、k_逆为速率常数。在温度T下k_正、k_逆的关系式为k_正=_____k_逆。

②若平衡时，在t₀时刻再向容器中通入9.0molCO，在图2中画出充入CO后的v_正、v_逆随时间变化的图像_____。

（3）研究证实，CO₂也可在酸性水溶液中通过电解生成甲醇，请写出生成甲醇的电极反应式______。

Answer

低温 AC 725℃到825℃，反应还未达平衡，反应正向进行，H2的转化率增大。温度为825℃时，反应达到平衡状态，继续升高温度，平衡向吸热的方向移动，即平衡逆向移动，H2的转化率减小 CO2+6H++6e-=CH3OH+H2O

【解析】

(1)①2H2(g)+CO(g)CH3OH(g)是气体分子数减小的反应，所以ΔS<0。只有当ΔH-T·ΔS<0时，反应可自发进行，由于ΔS<0，ΔH<0，只有T较小时，即低温时，才能保证ΔH-T·ΔS<0，即低温时，反应才能自发进行，故答案为：低温；

②2H2(g)+CO(g)CH3OH(g)

A．由方程式可知：v正(H2)= 2v正(CO)，又因为v正(H2)=2v逆(CO)，所以，2v正(CO) =2v逆(CO)，即v正(CO) =v逆(CO)，说明反应已达平衡，A正确；

B．CO和H2的起始量都为1mol，但计量数不同，转化值不同，故二者的转化率不相同，B错误；

C．恒温恒压，往原料气中通入少量稀有气体，则容器体积增大，相当于减小压强，故平衡逆向移动，CO的转化率降低，C正确；

D．ΔH=E正-E逆<0，故E正＜E逆，D错误；

故答案为：AC；

③725℃到825℃，反应还未达平衡，反应正向进行，H2的转化率增大。温度为825℃时，反应达到平衡状态，继续升高温度，平衡向吸热的方向移动，即平衡逆向移动，H2的转化率减小，故答案为：725℃到825℃，反应还未达平衡，反应正向进行，H2的转化率增大。温度为825℃时，反应达到平衡状态，继续升高温度，平衡向吸热的方向移动，即平衡逆向移动，H2的转化率减小；

(2)CO的转化率为50%，则Δn(CO)=3.0mol×50%=1.5mol，列三段式如下：，平衡时，c(H2)=c(CO)=c(CH3OH)=。

①v正=k正c(CO)·c2(H2)，v逆=k逆c(CH3OH)，平衡时，v正=v逆，即k正c(CO)·c2(H2)=k逆c(CH3OH)，即k正==k逆×，故答案为：；

②充入9.0molCO，要保持恒温恒压，容器体积增大，容器内c(CO)、c(H2)、c(CH3OH)减小，正逆反应速率均减小。此时，相当于减小压强，平衡逆向移动，逆反应速率大于正反应速率，随着反应的继续进行，c(CO)和c(H2)浓度增大，正反应速率增大，c(CH3OH)浓度减小，逆反应速率减小，某时刻，正反应速率和逆反应速率重新相等，达到新的平衡，图像如图所示：，故答案为：；

(3)CO2变成CH3OH，C的化合价从+4降低到-2，降低6，说明CO2得电子变成CH3OH，结合得失电子守恒、原子守恒、电荷守恒可得电极反应为：CO2+6H++6e-=CH3OH+H2O，故答案为：CO2+6H++6e-=CH3OH+H2O。