Question

【題目】180℃時將0.5 mol H2和1 mol CO2通入2 L的恒容密閉容器中，此時容器內總壓強為P0(已知分壓=總壓×物質的量分數)，反應生成甲醇蒸汽(CH3OH)和H2O，測得各物質的物質的量隨時間的部分變化如圖所示，回答下列問題：

(1)該反應的化學方程式為：___________________

(2)在0～3 min內H2的平均化學反應速率為___________________

(3)0-1分鐘的速率為V1，2-3分鐘的速率為V2,10-11分鐘的速率為V3，則V1、V2、V3由大到小的順序為____________________________。

(4)3min內H2的轉化率為______。

(5)平衡時，容器內的壓強為__________，CO2的分壓為____________(均保留2位有效數字)

(6)以(1)中反應設計成原電池(用硫酸作電解質溶液)，則正極反應式為______________。

Answer 1

【答案】CO2+3H2CH3OH+H2O 0.05 mol·L-1·min-1 V1 > V2 > V3 60% 0.87P0 0.60P0 CO2+6e-+6H+ =CH3OH+H2O

【解析】

H2和CO2反應生成甲醇蒸汽(CH3OH)和H2O，由圖像可知，3min時達到平衡狀態，根據CO2、H2和CH3OH的變化量可知反應物和生成物的系數比，以此寫出化學方程式。0～3 min內，其他條件相同，反應物濃度逐漸減小，所以反應速率逐漸減小。根據0～3 min內H2濃度的變化量可求出H2的平均化學反應速率和轉化率。列出三段式，找出平衡時混合氣體中各成分的物質的量的分數，再求出CO2的分壓。根據原電池原理，正極發生的是化合價降低得電子的還原反應，據此解答。

(1) H2和CO2反應生成甲醇蒸汽(CH3OH)和H2O，由圖像可知，3min時達到平衡狀態，0～3 min CO2、H2和CH3OH的變化量分別為：0.1mol、0.3mol、0.1mol，化學反應中變化量之比等于化學計量數之比，則方程式中CO、H2和CH3OH系數比為1:3:1，因此該反應方程式可表示為CO2+3H2CH3OH+xH2O，根據原子守恒，得x=1，所以該反應的化學方程式為：CO2+3H2CH3OH+H2O，

故答案為：CO2+3H2CH3OH+H2O；

(2)在0～3 min內H2的平均化學反應速率===0.05 mol·L-1·min-1，

故答案為：0.05 mol·L-1·min-1；

(3) 0～3 min內，其他條件相同，反應物濃度逐漸減小，所以反應速率逐漸減小，則V1、V2、V3由大到小的順序為V1 > V2 > V3，

故答案為：V1 > V2 > V3；

(4)3min內H2的轉化率為×100%=60%，

故答案為：60%；

(5) CO2+3H2CH3OH+H2O

起始量（mol） 1 0.5 0 0

變化量（mol）0.1 0.3 0.1 0.1

平衡量（mol）0.9 0.2 0.1 0.1

平衡時混合氣體總物質的量為：0.9mol+0.2mol+0.1mol+0.1mol=1.3mol，

根據起始狀態和平衡狀態下，壓強之比等于物質的量之比，平衡時，容器內的壓強為×P0=0.87P0；CO2的分壓為0.87P0×=0.60P0。

故答案為：0.87P0 ；0.60P0；

(6) 原電池正極發生的是化合價降低得電子的反應，根據方程式可知是CO2得電子，另外，由于H2SO4存在，所以發生的CO2酸性條件下的電極反應：CO2+6e-+6H+ =CH3OH+H2O；
故答案為：CO2+6e-+6H+ =CH3OH+H2O。