Question

(14分)Ⅰ．2011年11月28日至12月9日，联合国气候变化框架公约第17次缔约方会议在南非德班召开，随着人类对温室效应和资源短缺等问题的重视，如何降低大气中CO₂的含量及有效地开发利用CO₂，引起了各国的普遍重视。
（1）目前工业上有一种方法是用CO₂来生产燃料甲醇。为探究该反应原理，进行如下实验，在体积为1L的密闭容器中，充入1mol CO₂和3.25 mol H₂，在一定条件下发生反应，测定CO₂、CH₃OH(g)和H₂O (g)的浓度随时间变化如图所示：

①写出该工业方法制取甲醇的化学反应方程式　　　　　　　　。
②从反应开始到平衡，氢气的平均反应速率v (H₂)＝　       。
③该条件下CO₂的转化率为　              。当温度降低时CO₂的转化率变大，则该反应     ０（填“＞”“＜”或“＝”）。
④下列措施中能使n(CH₃OH)/n(CO₂)增大的是　　　　　　　。

A．升高温度

B．充入氮气

C．将水蒸气从体系中分离

D．用更有效的催化剂

（2）选用合适的合金作为电极，以氢氧化钠、甲醇、水、氧气为原料，可以制成一种以甲醇为原料的燃料电池，此燃料电池负极的电极方程式为　　　　　　　　　　　。
Ⅱ．研究NO₂  、SO₂ 、CO等大气污染气体的处理具有重要意义。其中氮元素有着多变价态和种类多的化合物，它们在工农业生产、生活中发挥着重要的作用。完成下列问题：
（1）已知：2SO₂(g) + O₂(g)2SO₃(g)  ΔH=" —196.6" kJ·mol^―1
2NO(g) + O₂(g)2NO₂(g)  ΔH= —113.0 kJ·mol^―1
则反应NO₂(g) + SO₂(g)SO₃(g) + NO(g) 的ΔH=                        。
（2）一定条件下，将NO₂与SO₂以体积比1:2置于密闭容器中发生上述反应，
①下列能说明反应达到平衡状态的是             (填序号) 。
a．体系压强保持不变               b．混合气体颜色保持不变
c．SO₃和NO的体积比保持不变      d．相同时间内，每消耗1 molNO₂的同时消耗1 mol SO₃
②当测得上述反应平衡时NO₂与SO₂体积比为1: 6，则平衡常数K＝           。

Answer 1

理科综合试卷·第1页（共16页）

Ｉ．（1）① CO₂ + 3H₂ CH₃OH + H₂O（2分）

② 0.225 （1分）  ③ 75% （1分）  < （1分）    ④ C（1分）
（2）CH₃OH－6 e^－ + 8OH^- ＝CO₃^2-    + 6H₂O（2分）
ＩＩ．（1）－41.8 kJ·mol^-1（２分）（2）①b d（2分） ②8/3或2.67（２分）

Ｉ．（1）① 根据反应物和生成物可知，方程式为 CO₂ + 3H₂ CH₃OH + H₂O。
②平衡时生成甲醇是0.75mol/L，所以根据方程式可知，消耗氢气是0.75mol/L×3＝2.25mol/L，因此其反应速率是2.25mol/L÷10min＝0.225。
③根据图像可知，消耗CO₂是0.75mol/L，素其转化率是0.75mol/L÷1.0mol/L×100％＝75％。温度降低时CO₂的转化率变大，说明降低温度平衡向正反应方向移动，所以正反应是放热反应。
④升高温度平衡向逆反应方向移动，n(CH₃OH)/n(CO₂)降低，A不正确。充入氮气，平衡不移动，B不正确。将水蒸气从体系中分离，相当于降低生成物浓度，平衡向正反应方向移动，n(CH₃OH)/n(CO₂)增大，C周期。催化剂不能影响平衡状态，D不正确，答案选C。
（2）原电池中负极失去电子，所以甲醇在负极通入。由于电解质溶液显碱性，所以负极电极反应式为CH₃OH－6 e^－ + 8OH^- ＝CO₃^2-    + 6H₂O
ＩＩ．（1）考查盖斯定律的应用。（①－②）÷2即得到O₂(g) + SO₂(g)SO₃(g) + NO(g)，所以反应热是（—196.6 kJ·mol^―1＋113.0 kJ·mol^―1）÷2＝－41.8 kJ·mol^-1.
（2）①在一定条件下，当可逆反应的正反应速率和逆反应速率相等时（但不为0），反应体系中各种物质的浓度或含量不再发生变化的状态，称为化学平衡状态。颜色深浅和浓度有关系，所以b正确。反应前后羰基不变，所以压强也是随着不变的，a不正确。平衡时浓度不再发生变化，但物质之间的浓度不一定相等或满足某种关系，所以c不正确。d中反应速率的方向相反，且满足速率之比是相应的化学计量数之比，正确。答案选bd。
②               NO₂(g) + SO₂(g)SO₃(g) + NO(g)
起始量（mol）     1         2           0        0
转化量（mol）      x        x           x        x
平衡量（mol）    1－x     2－x           x       x
所以有（1－x）︰（2－x）＝1︰6，解得x＝0.8，所以平衡常数是。