Question

甲醇作为基本的有机化工产品和环保动力燃料具有广阔的应用前景，二氧化碳加氢合成甲醇是合理利用二氧化碳的有效途径。由二氧化碳制备甲醇过程中可能涉及反应如下：

反应Ⅰ：CO₂（g）+3H₂（g）CH₃OH（g）+H₂O（g）       △H₁=－49.58KJ/mol

反应Ⅱ：CO₂（g）+H₂（g）CO（g）+H₂O（g）       △H₂

反应Ⅲ：CO（g）+2H₂（g）CH₃OH（g）       △H₃=－90.77KJ/mol

回答下列问题：

（1）反应Ⅱ的△H₂=           ，反应Ⅲ自发进行条件是           （填“较低温”、“较高温”或“任意温度”）。

（2）在一定条件下3L恒容密闭容器中，充入一定量的H₂和CO₂仅发生反应Ⅰ，实验测得反应物在不同起始投入量下，体系中二氧化碳的平衡转化率与温度的关系曲线，如图1所示。

①氢气和二氧化碳的起始投入量以A和B两种方式投入：

A：n（H₂）=3mol    n（CO₂）=1.5mol           

B：n（H₂）=3mol    n（CO₂）=2mol，

曲线Ⅰ代表哪种投入方式           （用A、B表示）

②在温度为500K的条件下，按照A方式充入3mol氢气和1.5mol二氧化碳，该反应10min后达到平衡：此温度下的平衡常数为           ；500K时，若在此容器中开始充入0.3mol氢气和0.9mol二氧化碳、0.6mol甲醇、xmol水蒸气，若使反应在开始时正向进行，则 x 应满足的条件是           。

（3）在恒温恒压密闭容器中，充入一定量的H₂和CO₂（假定仅发生反应I），反应过程中，能判断反应I已达到平衡状态的标志是         

A．断裂3molH-H键，同时有3molH-O键形成

B．容器内的压强保持不变

C．容器中气体的平均摩尔质量不变

D．容器中气体的密度保持不变

（4）以甲醇、氧气为原料，100mL 0.15mol/LNaOH溶液为电解质设计成燃料电池，若放电时参与反应的氧气体积为336mL（标况）产生的气体全部被NaOH溶液吸收，则所得溶液中溶质的成分及物质的量之比为           ，溶液中各离子浓度由大到小的顺序                            。

Answer

（1）+41.19kJ•mol﹣1；较低温（1分）；

（2）①A（1分）②450L2/mol2，0＜x＜2.025；

（3）ACD

（4）Na2CO3和NaHCO3 1：1 c（Na+）＞c（HCO3－）＞c（CO32－-）＞c（OH－）＞c（H+）

【解析】

试题分析：

（1）根据盖斯定律，反应Ⅱ可以是由Ⅰ-Ⅲ得到，所以反应Ⅱ的焓变=-49.58+90.77=+41.19 kJ•mol﹣1；根据反应自发进行的判据，△H-T△S<0，反应Ⅲ是熵减的放热反应，所以要自发进行需要在较低温进行；

（2）①二者比较B相当于增大二氧化碳的量，转化率小于A，所以曲线Ⅰ代表A的投料。

②在温度为500K的条件下，充入3mol氢气和1.5mol二氧化碳，该反应10分钟时达到平衡，二氧化碳的转化率为60%，则

CO2（g）+ 3H2（g）CH3OH（g）+H2O（g）

起始浓度 0.5 1 0 0

变化浓度 0.3 0.9 0.3 0.3

平衡浓度 0.2 0.1 0.3 0.3

该温度下，反应Ⅰ的平衡常数K=0.3×0.3/（0.2×0.13）=450，500K时，若在此容器中开始充入0.3mol氢气和0.9mol二氧化碳，0.6mol甲醇和xmol水，浓度分别为0.1,0.3,0.2，x/3，若使反应在开始时正向进行，浓度商=，x=2.025，则x应满足的条件是0＜x＜2.025；

（3）在恒温恒压密闭容器中，发生反应CO2（g）+3H2（g）CH3OH（g）+H2O（g），能判断反应已达到平衡状态的标志是v（正）﹦v（逆）和变量不变两种方式。A．断裂3molH-H键表示v（正），同时有3molH-O键形成表示v（逆），满足方程式的系数比，正确；B．因是在恒温恒压密闭容器中的反应，故容器内的压强一直不变，不能判断，错误；C．平均摩尔质量=总质量÷总物质的量，总质量不变，总的物质的量减小，故当平均摩尔质量不变的时候，反应达到化学平衡，正确；D．密度=质量÷体积，总质量不变，总的体积减小，故当密度不变的时候，反应达到化学平衡，正确。

（4）根据总反应，2CH3OH+3O2=2CO2+4H2O，可知标准状况下336mL氧气参与反应时共产生0.01mol CO2，而NaOH为0.015mol，则所得溶液中溶质为Na2CO3和NaHCO3混合物，根据Na元素和C元素守恒，可得Na2CO3和NaHCO3物质的量之比为1：1，溶液中各离子浓度由大到小的顺序c（Na+）＞c（HCO3－）＞c（CO32－-）＞c（OH－）＞c（H+）。

考点：化学平衡的计算，用盖斯定律，原电池和电解池的工作原理，离子浓度大小比较