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(nèi)總壓強(qiáng)為P0(已知分壓=總壓×物質(zhì)的量分?jǐn)?shù))，反應(yīng)生成甲醇蒸汽(CH3OH)和H2O，測得各物質(zhì)的物質(zhì)的量隨時間的部分變化如圖所示，回答下列問題：

(1)該反應(yīng)的化學(xué)方程式為：___________________

(2)在0～3 min內(nèi)H2的平均化學(xué)反應(yīng)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(nèi)H2的轉(zhuǎn)化率為______。

(5)平衡時，容器內(nèi)的壓強(qiáng)為__________，CO2的分壓為____________(均保留2位有效數(shù)字)

(6)以(1)中反應(yīng)設(shè)計成原電池(用硫酸作電解質(zhì)溶液)，則正極反應(yīng)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(yīng)生成甲醇蒸汽(CH3OH)和H2O，由圖像可知，3min時達(dá)到平衡狀態(tài)，根據(jù)CO2、H2和CH3OH的變化量可知反應(yīng)物和生成物的系數(shù)比，以此寫出化學(xué)方程式。0～3 min內(nèi)，其他條件相同，反應(yīng)物濃度逐漸減小，所以反應(yīng)速率逐漸減小。根據(jù)0～3 min內(nèi)H2濃度的變化量可求出H2的平均化學(xué)反應(yīng)速率和轉(zhuǎn)化率。列出三段式，找出平衡時混合氣體中各成分的物質(zhì)的量的分?jǐn)?shù)，再求出CO2的分壓。根據(jù)原電池原理，正極發(fā)生的是化合價降低得電子的還原反應(yīng)，據(jù)此解答。

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

故答案為：CO2+3H2CH3OH+H2O；

(2)在0～3 min內(nèi)H2的平均化學(xué)反應(yīng)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(nèi)，其他條件相同，反應(yīng)物濃度逐漸減小，所以反應(yīng)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(nèi)H2的轉(zhuǎn)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(zhì)的量為：0.9mol+0.2mol+0.1mol+0.1mol=1.3mol，

根據(jù)起始狀態(tài)和平衡狀態(tài)下，壓強(qiáng)之比等于物質(zhì)的量之比，平衡時，容器內(nèi)的壓強(qiáng)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(fā)生的是化合價降低得電子的反應(yīng)，根據(jù)方程式可知是CO2得電子，另外，由于H2SO4存在，所以發(fā)生的CO2酸性條件下的電極反應(yīng)：CO2+6e-+6H+ =CH3OH+H2O；
故答案為：CO2+6e-+6H+ =CH3OH+H2O。