专题十五 化学反应原理综合题型研究 题型集训之化学平衡与电化学（答案）
化学反应原理综合题型集训之化学平衡与电化学
1．通过捕捉空气中的CO2和电解水产生的H2可以合成“零碳甲醇”，实现碳中和。回答下列问题：
(1)已知H2的燃烧热为286 kJ·mol－1，甲醇的燃烧热为726 kJ·mol－1，反应：CO2(g)＋3H2(g)CH3OH(l)＋H2O(l) ΔH，ΔH＝________ kJ·mol－1
(2)采用绿色光伏发电电解Na2SO4溶液制备H2，同时获得H2SO4和NaOH的装置如图1所示。已知a、b均为惰性电极，气体甲和乙的体积比为2∶1，b极的电极反应式为__________________
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(3)在2 L恒温恒容有某催化剂的密闭容器中充入2 mol CO2和6 mol H2，发生如下反应：
主反应①：CO2(g)＋3H2(g)CH3OH(g)＋H2O(g) ΔH1＜0
副反应②：CO2(g)＋4H2(g)CH4(g)＋2H2O(g) ΔH2＜0
副反应③：CO2(g)＋H2(g)CO(g)＋H2O(g) ΔH3＞0
某温度下反应均达平衡后，测得CH3OH为1 mol、CH4为0.4 mol、CO为0.2 mol, 则CH3OH的选择性为________(CH3OH选择性＝×100%)。反应②的平衡常数为__________(只列出计算式)
(4)若测得上述反应在不同温度下CO2的平衡转化率和甲醇的选择性如图2所示：
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通过图示分析，更适合生产甲醇的温度为________(填字母)。
A．400 ℃ B．600 ℃ C．800 ℃ D．1000 ℃
高于800 ℃时，CO2转化率增大的主要原因是_______________________________________________
(5)利用电喷雾电离等方法可得MO＋，MO＋与CH4反应能高选择性地生成甲醇，反应机理如图3所示：
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已知参与化学键变化的元素替换成更重的同位素时，反应速率会变慢，则MO＋与CD4反应的能量变化曲线为________(填“c”或“d”)，写出MO＋与CHD3反应生成的氘代甲醇的结构简式：________________________。
2．丙烯是有机化工中的重要原料，可用丙烷直接脱氢工艺和丙烷氧化脱氢工艺制备，其主反应和有关物质的燃烧热数据如下
Ⅰ.丙烷直接脱氢工艺：C3H8(g)C3H6(g)＋H2(g)
Ⅱ.丙烷氧化脱氢工艺：2C3H8(g)＋O2(g)2C3H6(g)＋2H2O(g)
物质 C3H8 C3H6 H2
燃烧热ΔH /(kJ·mol-1) －2219.9 －2058.0 －285.8
回答下列问题：
(1)反应Ⅰ的ΔH＝________kJ·mol－1，其自发进行的条件是____________________。丙烷在不同温度下按照一定流速通过铬催化剂反应相同时间，所得混合物中部分物质的体积分数如下表所示，实际控制温度为580 ℃，原因是____________
510 ℃ 550 ℃ 580 ℃ 620 ℃
丙烷(%) 64.82 57.87 37.76 31.91
丙烯(%) 12.33 15.85 22.72 23.13
乙烯(%) 0.12 0.19 0.20 0.71
甲烷(%) 1.50 2.78 4.03 7.31
氢气(%) 20.47 18.99 25.45 31.14
(2)反应Ⅱ属于自由基反应，其反应历程如下，写出第ⅳ步的反应方程式。
(ⅰ)C3H8＋O2·C3H7＋HO2·
(ⅱ)·C3H7＋HO2·C3H6＋H2O2
(ⅲ)H2O22HO·
(ⅳ)_____________________________
(3)将3 mol C3H8、2 mol O2置于某恒温(高于100 ℃)、恒压(p)的密闭容器中进行反应Ⅱ时，发生了副反应Ⅲ：C3H8(g)＋2O2(g)CH3CH2OH(g)＋CO2(g)＋H2O(g)。达平衡时的体积分数φ(C3H6)＝40%，φ(CO2)＝4%，则C3H6的选择性为__________(C3H6的选择性＝×100%，计算结果保留3位有效数字)，反应Ⅲ的Kp＝__________(用平衡分压代替平衡浓度计算，分压＝总压×物质的量分数)。
(4)使用惰性电极电解CO2的酸性溶液制丙烯，其装置如下图所示
①若以铅酸蓄电池作为直流电源，其工作时负极质量________(填“增大”“减小”或“不变”)
②X电极的电极反应式为______________________
3．利用CO2和焦炉煤气(主要成分为CO和H2)制备甲醇已经实现工业化生产。回答下列问题：
(1)下列是有关物质焓变的示意图：
则反应CO(g)＋2H2(g)CH3OH(g)的反应热ΔH3＝________
(2)在密闭容器中按物质的量之比1∶2充入CO和H2，发生反应CO(g)＋2H2(g)CH3OH(g)，测得混合物中H2的平衡转化率与压强、温度的变化曲线如图所示。L(L1、L2)、X代表温度或压强
①图中X代表________(填“温度”或“压强”)，判断的理由是_______________
②图中L1________L2(填“<”或“>”)，K(A)________K(B)(填“<”或“>”)
③若A点的压强为p kPa，则甲醇的平衡分压为________kPa(平衡分压＝总压×物质的量分数)。
④一定温度下，向密闭刚性的容器中充入CO和H2，发生上述反应。下列能表明反应达到平衡状态的依据是________(填字母)
A．2v正(H2)＝v逆(CO) B．混合气体的总压强不再变化
C．混合气体的平均相对分子质量不再变化 D．n(CO)和n(CH3OH)之和保持不变
(3)研究证明，CO2可在酸性水溶液中通过电解生成甲醇，则生成甲醇的反应发生在________(填“阳”或“阴”)极，电极反应式为_________________________
4．气候变化是目前全球最重要、最紧迫的议题之一，CO2的综合利用是解决该问题的有效途径。
(1)可利用CH4与CO2制备“合成气(CO、H2)”，还可制备甲醇、二甲醚、碳基燃料等产品。甲烷、二氧化碳干式重整涉及以下反应：
ⅰ.CH4(g)＋CO2(g)2CO(g)＋2H2(g) ΔH1 K1
ⅱ.CO(g)＋H2O(g)CO2(g)＋H2(g) ΔH2 K2
ⅲ.CH4(g)＋2H2O(g)CO2(g)＋4H2(g) ΔH3 K3
ΔfH为标准摩尔生成焓，其定义为标准状态下，由稳定相态的单质生成1 mol该物质的焓变。对于稳定相态单质，其ΔfH为零。根据下表所示数据，计算反应 ⅰ 的反应热ΔH1＝________
物质 CH4 CO2 CO
ΔfH/(kJ·mol－1) －74.8 －393.5 －110.5
(2)利用“合成气”合成甲醇后，甲醇脱水制得二甲醚的反应为2CH3OH(g)CH3OCH3(g)＋H2O(g)，当T＝500 K时，反应平衡常数Kc≈9，该温度下，在密闭容器中加入一定量CH3OH，反应到达平衡状态时，体系中CH3OCH3(g)的物质的量分数________(填字母)
A．＜ B．＝ C．＞ D．无法确定
(3)以CO2为原料合成甲醇可以减少CO2的排放，实现碳的循环利用。一种铜基催化剂对该反应有良好的催化效果
INCLUDEPICTURE "../../../新建文件夹/教师/新建文件夹/2024-3-228.TIF" \* MERGEFORMAT
①有学者提出CO2转化成甲醇的催化机理如图1所示，反应的副产物有________
②一定条件下使CO2、H2混合气体通过反应器，检测反应器出口气体的成分及其含量，计算CO2的转化率和CH3OH的选择性以评价催化剂的性能
已知：反应器内发生的反应有：
a．CO2(g)＋3H2(g)CH3OH(g)＋H2O(g) ΔH＝－49.5 kJ·mol－1
b．CO2(g)＋H2(g)CO(g)＋H2O(g) ΔH＝＋41.2 kJ·mol－1
CH3OH选择性＝×100%
ⅰ.220 ℃时，测得反应器出口气体中全部含碳物质的物质的量之比为n(CH3OH)∶n(CO2)∶n(CO)＝1∶7.20∶0.11，则该温度下CO2转化率＝________×100%(列出计算式，不必化简)
ⅱ.其他条件相同时，反应温度对CO2的转化率和CH3OH的选择性的影响如图2、图3所示：
INCLUDEPICTURE "../../../新建文件夹/教师/新建文件夹/2024-3-229.TIF" \* MERGEFORMAT
温度高于260 ℃时，CO2平衡转化率变化的原因是________________________________________。由图3可知，温度相同时CH3OH选择性的实验值略高于其平衡值，从化学反应速率的角度解释原因：___________________
(4)工业上也可以用电解法捕获CO2，以太阳能电池为电源，在酸性水溶液中用惰性电极电解制得乙烯，则生成乙烯的电极反应为___________________________________________________
5．甲醇水蒸气重整制氢已经成为工业上制取氢气的重要工艺，甲醇水蒸气重整过程中可能出现以下反应：
反应Ⅰ：CO(g)＋H2O(g)CO2(g)＋H2(g) ΔH1＝－41.2 kJ·mol－1
反应Ⅱ：CH3OH(g)CO(g)＋2H2(g) ΔH2
反应Ⅲ：CH3OH(g)＋H2O(g)CO2(g)＋3H2(g) ΔH3＝＋50.7 kJ·mol－1
回答下列问题：
(1)ΔH2＝ kJ·mol－1，反应Ⅲ可在 (填“高温”或“低温”或“任意温度”)下可自发进行
(2)一定温度下，将1 mol甲醇与3 mol水蒸气投入密闭容器中发生反应，一段时间后达到平衡，测得甲醇的转化率为80％，水蒸气体积分数为，则
①该反应中水蒸气的转化率为
②反应Ⅰ的压强平衡常数Kp＝
③若对体系增大压强，反应Ⅰ平衡 (填“移动”或“不移动”)
(3)某科研团队对光催化还原CO2转化为甲醇进行研究(原理如图)，取得了一定进展
①电极1的电势 (填“高于”或“低于”)电极2的电势
②该光催化过程的总反应方程式为
6．人类利用二氧化碳合成淀粉对社会的发展起着重要作用，合成过程首先是利用二氧化碳制备甲醇，合成甲醇的反应为CO2(g)＋3H2(g)CH3OH(g)＋H2O(g) ΔH1。回答下列问题：
(1)已知：①CO2(g)＋4H2(g)CH4(g)＋2H2O(g) ΔH2＝－a kJ·mol－1；
②CH4(g)＋H2O(g)CH3OH(g)＋H2(g) ΔH3＝＋b kJ·mol－1；
③a、b均为大于零的数，且a＞b。
ΔH1＝ (用含a、b的式子表示)kJ·mol－1。某研究小组设计合成CH3OH的路线及CH3OH的部分应用如图所示，图中熔融碳酸盐燃料电池的正极电极反应式为
(2)研究合成甲醇的催化剂时，在其他条件不变仅改变催化剂种类的情况下，对反应器出口产品进行成分分析，结果如图所示。在以下催化剂中，该反应应选择的最佳催化剂为
(3)在研究该反应历程时发现：反应气中水蒸气含量会影响CH3OH的产率。为了研究水分子对该反应机制的内在影响，我国学者利用计算机模拟，研究添加适量水蒸气前后对能垒较大的反应历程能量变化的影响(如图所示，吸附在催化剂表面的物种用*标注)
①依反应历程图所示，写出有水参与时反应的化学方程式：
②结合反应历程图及学过的知识推测，有水参与的历程，反应速率加快的原因是
(4)在T ℃时，将6 mol CO2(g)和12 mol H2(g)充入容积为10 L恒容容器中，只发生CO2(g)＋3H2(g)CH3OH(g)＋H2O(g)，初始压强为p0 kPa，测得体系中剩余H2(g)的物质的量随时间变化如图中状态Ⅰ所示。
①T ℃时，0～1 min内甲醇的反应速率v(CH3OH)＝ mol·L－1·min－1，该反应的平衡常数Kp＝ kPa－2。(用平衡分压代替平衡浓度计算，列出计算式)
②保持投料量不变，仅改变某一个条件后，测得n(H2)随时间变化如图中状态Ⅲ所示，与状态Ⅰ相比，状态Ⅲ改变的条件可能是
7．资源和环境问题仍是社会关注的焦点。碳捕集、利用与封存(简称CCUS)是降碳的重要手段，即从工业、能源生产等排放源或空气中捕集分离CO2，然后将其输送到适宜的场地加以利用或者长期封存，不让它逃回大气层。回答下列问题：
(1)一定条件下，CO2催化加氢制CH3OH时，发生的主要反应有：
反应①：CO2(g)＋H2(g)CO(g)＋H2O(g) ΔH1＝＋41.6 kJ·mol－1
反应②：CO2(g)＋3H2(g)CH3OH(g)＋H2O(g) H2
反应③：CO(g)＋2H2(g)CH3OH(g) H3＝-91.5 kJ·mol－1
(1)反应②的ΔH2＝ kJ·mol-1，该反应的自发条件是 (填“低温”“高温”或“任意温度”)。
(2)CO2催化加氢法可制备乙烯，反应原理为2CO2(g)＋6H2(g)C2H4(g)＋4H2O(g) ΔH＝-127.8 kJ·mol－1。向2 L恒容密闭容器中加入1 mol CO2和3 mol H2，在催化剂作用下发生反应，测得平衡时体系中各气体的物质的量随温度的变化关系如图甲所示：
①图中曲线b、d分别代表的是 、 的物质的量随温度的变化关系。
②T1 ℃时，H2的平衡转化率为 (结果保留三位有效数字)。
(3)一定温度下，分别按CO2、H2起始物质的量之比为1∶1、1∶2、1∶3发生反应CO2(g)＋H2(g)HCOOH(g)，保持总压强为140 kPa，测得CO2的平衡转化率与温度之间的关系如图乙所示。曲线Ⅰ代表的投料比为 。X点条件下，用平衡分压代替平衡浓度计算的平衡常数Kp＝ kPa－1
(已知：分压＝总压×物质的量分数)
(4)我国科学家以Si/Bi材料作光电阴极，以CO2饱和的0.5 mol·L－1的KHCO3溶液作电解液(pH=7.4)，将CO2转化为HCOO－，原理如图丙所示。根据图示，写出光电阴极的电极反应式：
【化学反应原理综合题型集训之化学平衡与电化学】答案
1．(1)－132
(2)2H2O－4e－===O2↑＋4H＋
(3)62.5%
(4)A 温度高于800 ℃，反应①和反应②为放热反应，平衡逆向移动，反应③为吸热反应，平衡正向移动且程度更大
(5)c CD3OH、CHD2OD
解析：(2)以惰性电极电解硫酸钠溶液制备氢气时，气体甲和乙体积之比为2∶1，甲为氢气、乙为氧气，生成氧气时发生的是氧化反应，所以b电极为阳极，其电极反应式为2H2O－4e－===O2↑＋4H＋。
(3)由反应①、②、③的化学计量数可知，消耗的二氧化碳的物质的量分别为1 mol、0.4 mol、0.2 mol，而平衡时甲醇的物质的量为1 mol，所以甲醇的选择性为×100%＝62.5%；列三段式：
CO2(g) ＋ 3H2(g) CH3OH(g)＋H2O(g)
始/mol 2 6 0 0
转/mol 1 3 1 1
平/mol 2－1－0.4－0.2＝0.4 6－3－1.6－0.2＝1.2 1 1＋0.8＋0.2＝2
CO2(g) ＋ 4H2(g) CH4(g)＋2H2O(g)
始/mol 2 6 0 0
转/mol 0.4 1.6 0.4 0.8
平/mol 2－1－0.4－0.2＝0.4 6－3－1.6－0.2＝1.2 0.4 1＋0.8＋0.2＝2
CO2(g) ＋ H2 ?? CO(g)＋H2O(g)
始/mol 2 6 0 0
转/mol 0.2 0.2 0.2 0.2
平/mol 2－1－0.4－0.2＝0.4 6－3－1.6－0.2＝1.2 0.2 1＋0.8＋0.2＝2
所以反应②的平衡常数
K＝＝。
(5)反应速率越慢，说明反应的活化能越大，由图3可知活化能c>d，则MO＋与CD4反应的能量变化曲线为c；由反应进程－能量图可知，反应过程中，H或D都有可能发生成键变化，分别生成CD3OH、CHD2OD。
2．(1)＋123.9 高温 温度过高，副产物大量增加，能耗增大；温度过低，反应速率慢，单位时间产率降低
(2)2HO·H2O＋O2
(3)90.9% 11
(4)①增大 ②3CO2＋18e－＋18H＋===C3H6＋6H2O
解析：(1)C3H8燃烧热的热化学方程式：C3H8(g)＋5O2(g)===3CO2(g)＋4H2O(l) ΔH＝－2219.9 kJ·mol－1 ①；C3H6燃烧热的热化学方程式：C3H6(g)＋O2(g)===3CO2(g)＋3H2O(l) ΔH＝－2058.0 kJ·mol－1 ②；H2燃烧热的热化学方程式：H2(g)＋O2(g)===H2O(l) ΔH＝－285.8 kJ·mol－1 ③。根据盖斯定律，①－②－③可得到反应Ⅰ，则反应Ⅰ的ΔH＝－2219.9 kJ·mol－1－(－2058.0 kJ·mol－1)－(－285.8 kJ·mol－1)＝＋123.9 kJ·mol－1。该反应是吸热反应，ΔH＞0；该反应是气体体积增加的反应，则ΔS＞0；根据ΔG＝ΔH－TΔS<0，反应自发进行，则高温下反应能自发进行。温度小于580 ℃时，反应速率慢，单位时间产率较低；温度高于580 ℃时，丙烯的含量虽然有所增加，但是幅度不大，乙烯、甲烷等杂质的含量大幅度增加，同时耗能增大，因此580 ℃最适合。(2)根据盖斯定律，可利用反应Ⅱ减去2(ⅰ＋ⅱ＋ⅲ)，可得反应4HO·―→2H2O＋O2。由第ⅲ步自由基反应，可知最后一步反应ⅳ应为2HO·―→H2O＋O2。(3)假设在反应Ⅱ中C3H8反应了x mol，在副反应Ⅲ中C3H8反应了y mol，列出三段式，可得：
2C3H8(g)＋O2(g) 2C3H6(g)＋2H2O(g)
开始(mol) 3 2 0 0
转化(mol) x x x
平衡(mol) x
C3H8(g)＋2O2(g) CH3CH2OH(g)＋CO2(g)＋H2O(g)
开始(mol) 3 2 0 0 0
转化(mol) y 2y y y y
平衡(mol) y y
结合两个反应的数据，可得平衡时，n(C3H8)＝(3－x－y)mol，n(O2)＝＝y mol，n(H2O)＝(x＋y)mol，各物质总的物质的量n＝mol。根据体积分数计算，φ(C3H6)＝＝40%；φ(CO2)＝＝4%，可得x＝2.5 mol，y＝0.25 mol。则C3H6的选择性＝×100%＝
＝0.25 mol，n(H2O)＝2.75 mol，n总＝6.25 mol。分压＝总压×物质的量分数，总压为p，可得：
Kp＝＝
＝11。
(4)①铅酸蓄电池负极的电极反应式为Pb－2e－＋===PbSO4，工作时负极质量增大。②根据图示，在X极CO2转化为丙烯，电解质溶液为酸性。电极反应式为3CO2＋18e－＋18H＋===C3H6＋6H2O。
3．(1)－90.8 kJ·mol-1
(2)①温度 该反应ΔH<0，升高温度，平衡向逆反应方向移动，H2的平衡转化率降低
②< >
③p
④BC
(3)阴 CO2＋6e－＋6H＋===CH3OH＋H2O
解析：(1)由焓变示意图，并注意箭头的指向和ΔH的正负，可知①2CO(g)＋2H2O(g)2CO2(g)＋2H2(g) ΔH1＝－82.4 kJ·mol-1 ②2CO2(g)＋6H2(g)2CH3OH(g)＋2H2O(g) ΔH2＝－99.2 kJ·mol-1，结合盖斯定律可知，得到CO(g)＋2H2(g)CH3OH(g)，则ΔH3＝ kJ·mol-1＝－90.8 kJ·mol-1；(2)①该反应ΔH<0，升高温度，平衡向逆反应方向移动，H2的平衡转化率降低，而反应后气体体积变小，压强增大平衡正向移动，H2的平衡转化率升高，图中随X增大，H2的平衡转化率降低，故X代表温度；②X代表温度，L代表压强，该反应反应后气体体积变小，压强增大平衡正向移动，H2的平衡转化率升高，图中相同温度下，L2转化率更高，故L2压强更大，L1
CO(g)＋2H2(g) CH3OH(g)
起始/mol 1 2 0
转化/mol 0.8 1.6 0.8
平衡/mol 0.2 0.4 0.8
则甲醇的平衡分压为×p＝
；B项，反应是气体体积减小的反应，混合气体的总压强不再变化说明反应到达平衡；C项，反应前后气体质量不变，总物质的量改变，反应后气体平均相对分子质量会变大，故混合气体的平均相对分子质量不再变化，说明反应到达平衡；D项，由碳元素守恒可知，n(CO)和n(CH3OH)之和一定不变，故n(CO)和n(CH3OH)之和保持不变无法判断是否到达平衡；(3)CO2生成甲醇，碳元素化合价降低，发生还原反应，在阴极上发生，电极反应式为CO2＋6e－＋6H＋===CH3OH＋H2O。
4．(1)＋247.3 kJ·mol－1
(2)C
(3)①CO、H2O
② 温度升高，反应a平衡逆向移动，反应b平衡正向移动；温度高于260 ℃时，反应b平衡正向移动的程度大于反应a平衡逆向移动的程度 在该条件下反应a和反应b的速率之比大于相同条件下平衡时甲醇和CO的物质的量之比
(4)2CO2＋12e－＋12H＋===C2H4＋4H2O
解析：(1)根据标准摩尔生成焓的定义，反应ⅰ的反应热ΔH1＝2×(－110.5 kJ·mol－1)＋2×0 kJ·mol－1－[－74.8 kJ·mol－1＋(－393.5 kJ·mol－1)]＝＋247.3 kJ·mol－1。
(2)设CH3OH初始物质的量浓度为2a mol·L－1，CH3OH的平衡转化率为α，列三段式
2CH3OH(g)CH3OCH3(g)＋H2O(g)
起始/(mol·L－1)2a 0 0
转化/(mol·L－1) 2aα aα aα
平衡/(mol·L－1) 2a(1－α) aα aα
Kc＝＝＝9，解得α＝，平衡体系中CH3OCH3(g)的物质的量分数为＝>。(3)②ⅰ.220 ℃时，测得反应器出口气体中全部含碳物质的物质的量之比为n(CH3OH)∶n(CO2) ∶n(CO)＝1∶7.20∶0.11，结合碳原子守恒，该温度下CO2的转化率＝。ⅱ.由图2可知，温度高于260 ℃时，温度升高，反应a平衡逆向移动，反应b平衡正向移动，反应b平衡正向移动的程度大于反应a平衡逆向移动的程度，CO2的转化率增大；由图3可知，温度相同时反应a和反应b的速率之比大于相同条件下平衡时甲醇和CO的物质的量之比，故CH3OH选择性的实验值略高于其平衡值。
(4)CO2在阴极发生得电子的还原反应生成乙烯，1 mol CO2得到6 mol电子，结合电荷守恒和原子守恒，生成乙烯的电极反应为2CO2＋12e－＋12H＋===C2H4＋4H2O。
5．(1)＋91.9 高温
(2)①20％ ②2.75 ③移动
(3)①高于 ②2CO2＋4H2O2CH3OH＋3O2
解析：(1)反应Ⅲ－反应Ⅰ可得反应Ⅱ，根据盖斯定律，ΔH2＝ΔH3－ΔH1＝(＋50.7 kJ·mol－1)－(－41.2 kJ·mol－1)＝＋91.9 kJ·mol－1；反应Ⅲ的ΔH＞0，ΔS＞0，在高温下ΔH－TΔS＜0，即在高温下反应可自发进行；(2)设转化的水蒸气的物质的量为x，列出有关反应的三段式：
CH3OH(g)CO(g)＋2H2(g)
起始(mol) 1 0 0
转化(mol) 0.8 0.8 1.6
平衡(mol) 0.2 0.8 1.6
CO(g)＋H2O(g)CO2(g)＋H2(g)
起始(mol) 0.8 3 0 1.6
转化(mol) x x x x
平衡(mol) 0.8－x 3－x x 1.6＋x
依据水蒸气体积分数为，则有：＝，解得x＝0.6；①该反应中水蒸气的转化率为×100％＝20％；②设反应Ⅰ达到平衡时总压为p，则CO、H2O、CO2、H2的分压分别为：p(CO)＝p、p(H2O)＝p、p(CO2)＝p、p(H2)＝p，则压强平衡常数Kp＝＝＝2.75；③反应Ⅱ是气体体积增大的吸热反应，若对体系增大压强，反应Ⅱ平衡会向逆反应方向移动，则使体系温度发生改变，导致反应Ⅰ平衡发生移动。(3)①由图可知，电极1发生CO2转化为CH3OH的反应，CO2被还原，电极2发生H2O转化为O2的反应，H2O被氧化，则电极1为正极，电极2为负极，正极电势高于负极电势，则电极1的电势高于电极2的电势；②负极反应为2H2O－4e－===4H＋＋O2↑，正极反应为CO2＋6H＋＋6e－===CH3OH＋H2O，将两反应式相加得总反应方程式为2CO2＋4H2O2CH3OH＋3O2。
6．(1)③－(a－b) O2＋4e－＋2CO2===2CO
(2)ZnZrO2
(3)①*OCH2＋H2O*===*OCH3＋*OH ②有水参与的历程，活化能较小，反应速率加快
(4)①0.2 eq \f( (p0)2,(p0)3×p0)
②升高温度
解析：(1)根据方程式CO2(g)＋3H2(g)CH3OH(g)＋H2O(g)可知其等于已知反应①加上反应②，由盖斯定律可求得ΔH1＝ΔH2＋ΔH3＝－a＋b＝－(a－b) kJ·mol－1；图中燃料电池以熔融碳酸盐为电解质，氧气进入正极，正极电极反应式为O2＋4e－＋2CO2===2CO；(2)分析图知，催化剂为ZnZrO2得到的甲醇最多且CO少，该反应应选择的最佳催化剂为ZnZrO2；(3)依反应历程图所示，有水参与时反应的化学方程式为*OCH2＋H2O*===*OCH3＋*OH，反应速率加快的原因是有水参与的历程，活化能较小，反应速率加快；(4)从图中可知，1 min时H2物质的量为6 mol，起始的H2的物质的量为12 mol，变化的H2的物质的量为6 mol，故变化的甲醇的物质的量为2 mol，0～1 min内甲醇的反应速率v(CH3OH)＝＝0.2 mol·L－1·min－1，根据图示，8 min后H2的物质的量保持不变，体系达到平衡状态，H2的物质的量为2 mol，根据题意有
CO2(g)＋3H2(g)CH3OH(g)＋H2O(g)
起始/mol 6 12 0 0
变化/mol 10
平衡/mol 2
平衡时总的物质的量为 mol，＝，p＝p0，该反应的平衡常数Kp＝＝eq \f( (p0)2,(p0)3×p0)；状态Ⅲ与状态Ⅰ相比，H2的物质的量增加，参与反应的氢气的物质的量减少，平衡逆向移动，同时从图中可知达到平衡的时间变短，该反应是一个放热反应，综合可知改变的条件可能是升高温度。
7．(1)－49.9 低温
(2)①CO2 C2H4 ②33.3%
(3)1∶3 0.01
(4)CO2＋HCO＋2e-===HCOO－＋CO
解析 (1)反应①＋反应③得到反应②，即CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g) ΔH2=ΔH1+ΔH3=+41.6 kJ·mol-1-91.5 kJ·mol-1=-49.9 kJ·mol-1；该反应为熵减的放热反应，在低温条件下自发。(2)①向2 L恒容密闭容器中加入1 mol CO2和3 mol H2，该反应为放热反应，升高温度，平衡逆向移动，并结合方程式的系数，可以判断出a为H2，b为CO2，c为H2O，d为C2H4。②T1 ℃时，假设转化的CO2为2x mol，由三段式得
2CO2(g)+6H2(g)C2H4(g)+4H2O(g)
起始/mol 1 3
转化/mol 2x 6x x 4x
平衡/mol 1-2x 3-6x x 4x
1-2x=4x，则x=，H2的平衡转化率为×100%≈33.3%。(3)根据增加H2的量可以提高CO2的转化率可知，投料比减小，则CO2的转化率增大，所以曲线Ⅰ代表的投料比为1∶3；X点条件时，投料比为1∶3，CO2的平衡转化率为50%，假设起始的H2为3 mol，CO2为1 mol，转化的CO2为0.5 mol，平衡时，CO2为0.5 mol、HCOOH为0.5 mol、H2为2.5 mol，p(HCOOH)=p(CO2)=×140 kPa=20 kPa，p(H2)=×140 kPa=100 kPa，Kp==0.01 kPa-1。
精品试卷·第 2 页 （共 2 页）
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