Question

13．中國政府承諾，到2020年，單位GDP二氧化碳排放比2005年下降40%～50%．
（1）有效減碳的手段之一是節(jié)能，下列制氫方法最節(jié)能的是C．
A．電解水制氫：2H₂O$\frac{\underline{\;電解\;}}{\;}$2H₂↑+O₂↑
B．高溫使水分解制氫：2H₂O$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$2H₂↑+O₂↑
C．太陽光催化分解水制氫：2H₂O$\frac{\underline{\;\;\;TiO_{2}\;\;\;}}{太陽光}$2H₂↑+O₂↑
D．天然氣制氫：CH₄+H₂O$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$CO+3H₂
（2）CO₂可轉(zhuǎn)化成有機物實現(xiàn)碳循環(huán)．在體積為1L 的密閉容器中，充入1mol CO₂和3mol H₂，一定條件下反應：CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）△H=-49.0kJ/mol，測得CO₂和CH₃OH（g）的濃度隨時間變化如圖所示．
①從3min到9min，v（H₂）=0.125mol/（L•min）．
②能說明上述反應達到平衡狀態(tài)的是D（填編號）．
A．反應中CO₂與CH₃OH的物質(zhì)的量濃度之比為1：1（即圖中交叉點）
B．混合氣體的密度不隨時間的變化而變化
C．單位時間內(nèi)消耗3mol H₂，同時生成1mol H₂O
D．CO₂的體積分數(shù)在混合氣體中保持不變
（3）工業(yè)上，CH₃OH也可由CO和H₂合成．參考合成反應CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）的平衡常數(shù)：

溫度/℃	0	100	200	300	400
平衡常數(shù)	667	13	1.9×10-2	2.4×10-4	1×10-5

下列說法正確的是AC．
A．該反應正反應是放熱反應
B．該反應在升高溫度時，CH₃OH（g）的體積分數(shù)減小，說明v_正（CH₃OH）減小，v_逆（CH₃OH）增大
C．在T℃時，1L密閉容器中，投入0.1mol CO和0.2mol H₂，達到平衡時，CO轉(zhuǎn)化率為50%，則此時的平衡常數(shù)為100
D．工業(yè)上采用稍高的壓強（5Mpa）和250℃，是因為此條件下，原料氣轉(zhuǎn)化率最高．

Answer 1

分析 （1）要求制氫方法最節(jié)能，可從節(jié)能的角度分析；
（2）①根據(jù)v=$\frac{△c}{△t}$計算從3min到9minv（H₂）；
②化學反應達到平衡狀態(tài)時正逆反應速率相等，各物質(zhì)的濃度不變，由此衍生的物理量不變；
（3）A．依據(jù)平衡常數(shù)隨溫度變化和平衡移動原理分析判斷；
B．升高溫度后正逆反應速率都增大；
C．結(jié)合平衡三段式列式計算，平衡常數(shù)等于生成物平衡濃度冪次方乘積除以反應物平衡濃度冪次方乘積；
D．正反應吸熱，溫度越低反應物轉(zhuǎn)化率越高．

解答 解：（1）電解水、高溫以及天然氣的使用都會消耗能源，不符合低碳要求，使用太陽能可減小低碳，故C正確，
故答案為：C；
（2）①從4min到10min，v（CO₂）=$\frac{0.50mol/L-0.25mol/L}{10min-4min}$，則v（H₂）=3v（CO₂）=3×$\frac{0.50mol/L-0.25mol/L}{10min-4min}$=0.125mol/（L•min）^-1，
故答案為：0.125；
②A．反應中CO₂與CH₃OH的物質(zhì)的量濃度之比為1：1時，沒有達到平衡狀態(tài)，故A錯誤；
B．由于氣體的總質(zhì)量不變，容器的體積不變，則無論是否達到平衡狀態(tài)，氣體的密度都不變，故B錯誤；
C．化學反應速率之比等于化學計量數(shù)之比，無論是否達到平衡狀態(tài)，都存在單位時間內(nèi)每消耗3molH₂，同時生成1molH₂O，故C錯誤；
D．CO₂的體積分數(shù)在混合氣體中保持不變，說明達到平衡狀態(tài)，故D正確；
故答案為：D；
（3）A．依據(jù)平衡常數(shù)隨溫度變化和平衡移動原理分析判斷，隨溫度升高平衡常數(shù)減小，正反應為放熱反應，故A正確；
B．該反應為放熱反應，升高溫度時平衡向著逆向移動，CH₃OH（g）的體積分數(shù)減小，但v_正（CH₃OH）和v_逆（CH₃OH）都增大，故B錯誤；
C．結(jié)合平衡三段式列式計算，平衡常數(shù)等于生成物平衡濃度冪次方乘積除以反應物平衡濃度冪次方乘積，
                          CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）
起始量（mol/L）  0.1          0.2             0
變化量（mol/L）  0.1×50%  0.1           0.05
平衡量（mol/L） 0.05          0.1          0.05
該穩(wěn)定性該飛躍的平衡常數(shù)為：K=$\frac{0.05}{0.05×0．{1}^{2}}$=100，故C正確；
D、工業(yè)上采用稍高的壓強（5MPa）和250℃，是從轉(zhuǎn)化率和反應速率兩方面綜合考慮，故D錯誤；
故答案為：AC．

點評 本題考查化學平衡的計算，題目難度中等，涉及化學平衡常數(shù)、化學反應速率的計算、化學平衡狀態(tài)的判斷、環(huán)境污染及治理等知識，明確化學平衡及其影響為解答關(guān)鍵，注意掌握三段式在化學平衡計算中的應用，試題培養(yǎng)了學生的分析能力及化學計算能力．