Question

【題目】研究和深度開發CO、CO2的應用對構建生態文明社會具有重要的意義。

(1)CO2和H2可直接合成甲醇，向一密閉容器中充入CO2和H2，發生反應：CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g) ΔH= a kJ/mol

①保持溫度、體積一定，能說明上述反應達到平衡狀態的是________。

A．容器內壓強不變 B．3v正(CH3OH)= v正(H2)

C．容器內氣體的密度不變 D．CO2與H2O的物質的量之比保持不變

②測得不同溫度時CH3OH的物質的量隨時間的變化如圖所示，則a______0(填“>”或“<”)。

(2)工業生產中需對空氣中的CO進行監測。

①氯化鈀(PdCl2)溶液可以檢驗空氣中少量的CO。當空氣中含CO時，溶液中會產生黑色的Pd沉淀。若反應中有0.02 mol電子轉移，則生成Pd沉淀的質量為________。

②使用電化學一氧化碳氣體傳感器定量檢測空氣中CO含量，其模型如圖所示。這種傳感器利用了原電池原理，則該電池的負極反應式為________。

(3)某催化劑可將CO2和CH4轉化成乙酸。催化劑的催化效率和乙酸的生成速率隨溫度的變化關系如圖所示。乙酸的生成速率主要取決于溫度影響的范圍是________。

(4)常溫下，將一定量的CO2通入石灰乳中充分反應，達平衡后，溶液的pH為11，則c(CO32-)=_______。(已知：Ksp[Ca(OH)2]=5.6×106，Ksp(CaCO3) =2.8×109)

(5)將燃煤產生的二氧化碳回收利用，可達到低碳排放的目的。圖4是通過光電轉化原理以廉價原料制備新產品的示意圖。催化劑a、b之間連接導線上電子流動方向是_______(填“a→b”或“b→a”)

Answer 1

【答案】AD < 1.06g CO+4OH--2e-=CO32-+2H2O 300℃～400℃ 5×10-10mol/L a→b

【解析】

(1)①當反應達到平衡狀態時，正逆反應速率相等，各物質的濃度、百分含量不變，以及由此衍生的一些量也不發生變化，說明可逆反應到達平衡狀態，據此分析判斷；

②根據“先拐先平，數值大”可知，體系II反應溫度高，甲醇物質的量小，據此分析判斷；

(2)①依據PdCl2～Pd～2e-計算；②一氧化碳發生氧化反應生成二氧化碳，應該在原電池的負極上反應，據此書寫負極電極反應；

(3)由圖知，乙酸的生成速率在250℃時減慢，是因為催化劑的催化效率降低，在300℃后又逐漸增大，是溫度升高造成的，據此分析判斷；

(4)pH為11時溶液中c(H+)=10-11mol/L，根據Kw計算c(OH-)，根據Ksp[Ca(OH)2]計算溶液中c(Ca2+)，結合Ksp(CaCO3)計算溶液中c(CO32-)；

(5)根據質子的移動方向分析判斷原電池的正負極，外電路中電子通過導線由負極流向正極。

(1)①A．CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)是氣體體積減小的反應，容器內壓強不變即平衡體系的總物質的量或濃度不變，所以容器內壓強不變可判斷反應達到平衡狀態，故A正確；B．3v正(CH3OH)=v正(H2)時，二者速率之比始終符合計量關系，所以3v正(CH3OH)=v正(H2)不能判斷是平衡狀態，故B錯誤；C．保持溫度、體積一定，各物質均為氣體，根據ρ=可知，氣體的密度始終不變，不能判斷是平衡狀態，故C錯誤；D．CO2與H2O的物質的量之比保持不變，即CO2與H2O的濃度不變，所以反應達到平衡狀態，故D正確；故答案為：AD；

②根據“先拐先平，數值大” 可知，體系II反應溫度高，所以體系I升溫到體系II時，n(CH3OH)降低，說明升溫平衡逆向移動，即逆反應吸熱，則正反應放熱，△H＜0，即a＜0，故答案為：＜；

(2)①粉紅色的PdCl2溶液可以檢驗空氣中少量的CO，依據PdCl2～Pd～2e-有n(Pd)=n(e-)=0.01mol，所以m(Pd)=nM=0.01mol×106g/mol=1.06g，故答案為：1.06g；

②測定一氧化碳氣體含量，使一氧化碳發生氧化反應生成二氧化碳，原電池的負極發生氧化反應，堿性介質中負極電極反應為CO+4OH--2e-=CO32-+2H2O，故答案為：CO+4OH--2e-=CO32-+2H2O；

(3)溫度超過250℃時，催化劑的催化效率降低，導致反應速率減慢，當溫度超過300℃時，乙酸的生成速率升高是由溫度升高導致的，故乙酸的生成速率主要取決于溫度影響的范圍為300℃～400℃，故答案為：300℃～400℃；

(4)pH為11時溶液中c(H+)=10-11mol/L，c(OH-)=mol/L=10-3mol/L，溶液中c(Ca2+)==mol/L=5.6mol/L，溶液中c(CO32-)==mol/L=5×10-10mol/L，故答案為：5×10-10mol/L；

(5)根據質子(H+)的移動方向可知，催化劑a上發生氧化反應是原電池負極，催化劑b為原電池正極，外電路中電子由負極流向正極，即a→b，故答案為：a→b。