Question

1．用太阳能电解水可获得最理想的单质燃料X，但运输极不方便，国外试用了如下的方法把X转变成便于运输的甲醇燃料；将空气通过极浓的NaOH溶液中，此时空气中的Y有70%被吸收，转变为正盐Z，当Z达到饱和后即加入硫酸，此时溶液会放出纯净的气体Y．一定条件下通过X与Y反应生成甲醇．试回答以下问题：
（1）Z是Na₂CO₃（写化学式），X和Y反应的化学方程式为CO₂+3H₂=CH₃OH+H₂O．
（2）在120℃，如下容积固定的密闭容器中，当活塞被固定在整个装置的中间，X与Y按（1）在Ⅰ中进行反应：

X（g）+Y（g）?CH3OH（g）+D（g） （未配平）

A（g）+B（g）?2C（g）

若活塞可左右自由滑动并且导热，起始时Ⅰ中X为n mol，Y为6.5 mol，CH₃OH（g）和D各为2 m ol；Ⅱ中A、B、C各为4 mol．当 n 在一定范围内变化时，均可通过调节反应器的温度（Ⅰ和Ⅱ中温度始终相等），使两侧反应都达到平衡，并且隔板恰好处于反应器的正中位置．回答下列问题：
①若 n=2.5，则1中起始时反应向正反应（填“正反应”或“逆反应”）方向进行．欲使起始时反应向该方向进行，则 n 的取值范围是1.5＜n＜4.5．
②若 n 分别取3.0和4.0，则在这两种情况下，当反应分别达到平衡时，A的物质的量不相等（填“相等”或“不相等”），理由是温度不同．

Answer 1

分析 （1）水分解得到的可燃气体为氢气，则X为氢气；空气中能被NaOH吸收的气体为CO₂，则Y为CO₂、Z为Na₂CO₃；CO₂与氢气反应生成甲醇；
（2）①n=2.5时，I中气体初始物质的量为：2.5 mol+6.5 mol+2 mol+2 mol=13 mol，Ⅱ中气体的物质的量始终为12 mol，如要是隔板停留在中间，左侧反应应向正反应方向移动，以使气体体积得到12 mol；
令达平衡时E的消耗量为2amol，求出平衡时各组分的物质的量，利用反应混和物总的物质的量为12mol列出等式，再利用可逆反应反应物不能完全反应列不等式，联立求解；
②这两种情况是在两个不同温度下达到化学平衡的，平衡状态不同，所以A的物质的量也不同．

解答 解：（1）水分解得到的可燃气体为H₂；故X为氢气；空气中能被NaOH吸收的气体为CO₂，即Y为CO₂、Z为Na₂CO₃；CO₂与氢气反应生成甲醇，CO₂+3H₂=CH₃OH+H₂O；
故答案为Na₂CO₃：；CO₂+3H₂=CH₃OH+H₂O；
（2）①n=2.5时，I中气体初始物质的量为：2.5 mol+6.5 mol+2 mol+2 mol=13 mol，Ⅱ中气体的物质的量恒为12 mol．如要是隔板停留在中间，左侧反应应向正反应方向移动，以使气体体积得到12 mol；
要使反应向正方向进行，左侧气体的初始物质的量应大于12 mol，故：n mol+10.5 mol＞12 mol，即n＞1.5，同时还要求，当CO₂或H₂完全转化为产物时，气体总物质的量应小于12 mol，若CO₂完全转化，生成CH₃OH和H₂O物质的量均为6.5 mol，已经大于12 mol，故应为氢气完全转化时，气体总物质的量小于12 mol，故有：6.5 mol-n mol/3+4 mol+2n mol/3＜12 mol，n＜4.5．n的取值范围为1.5＜n＜4.5；
故答案为：正反应；1.5＜n＜4.5；
②当n取值3.0和4.0时，反应达平衡时总物质的量均为12 mol时，反应的转化率不同，反应温度不同，故平衡时A的物质的量不同；
故答案为：不相等；温度不同．

点评 本题考查化学平衡的计算，为高频考点，侧重于学生的分析能力和计算能力的考查，难度中等，关键在于确定左侧反应到达平衡时反应混合物总的物质的量和影响化学平衡的因素．