Question

(8分)中国政府承诺，到2020年，单位GDP二氧化碳排放比2005年下降40%~50%。

（1）有效“减碳”的手段之一是节能，下列制氢方法最节能的是            

A．电解水制氢：2H₂O2H₂↑＋O₂↑

B．高温使水分解制氢：2H₂O2H₂↑＋O₂↑

C．太阳光催化分解水制氢：2H₂O2H₂↑＋O₂↑

D．天然气制氢：CH₄＋H₂OCO＋3H₂

（2）CO₂可转化成有机物实现碳循环。在体积为1L的密闭容器中，充入1mol CO₂和3mol H₂，一定条件下反应：CO₂(g)+3H₂(g)CH₃OH(g)+H₂O(g)  △H=－49.0kJ·mol^－1，测得CO₂和CH₃OH(g)的浓度随时间变化如上图所示。

①从3 min到9 min，v(H₂)=________mol·L^－1·min^－1。

②能说明上述反应达到平衡状态的是____________（填编号）。

A．反应中CO₂与CH₃OH的物质的量浓度之比为1∶1（即图中交叉点）

B．混合气体的密度不随时间的变化而变化

C．单位时间内消耗3mol H₂，同时生成1mol H₂O 

D．CO₂的体积分数在混合气体中保持不变

（3）工业上，CH₃OH也可由CO和H₂合成。参考合成反应CO(g)+2H₂(g)CH₃OH(g)的平衡常数：

温度/℃	0	100	200	300	400
平衡常数	667	13	1.9×10-2	2.4×10-4	1×10-5

下列说法正确的是_____。

A．该反应正反应是放热反应

B．该反应在低温下不能自发进行，高温下可自发进行，说明该反应△S＜0

C．在T℃时，1L密闭容器中，投入0.1mol CO和0.2 mol H₂，达到平衡时，CO转化率为50%，则此时的平衡常数为100

D．工业上采用稍高的压强(5Mpa)和250℃，是因为此条件下，原料气转化率最高

 

Answer 1

【答案】

(8分)（1）C   （2）①0.125  ②D    （3）AC                （每空2分）

【解析】（1）电解和高温都需要消耗大量的能源，所以最节能的是利用太阳能分解水制取氢气，因此答案选C。

（2）①根据图像可知，从3 min到9 min内CO₂的浓度减少了0.25mol，所以根据方程式可知，氢气的浓度减少了0.75mol/L，则氢气的反应速率是0.75mol/L÷6min＝0.125mol/(L·min)。

②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，所以选项D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，因此选项A不正确；密度是混合气的质量和容器容积的比值，在反应过程中质量和容积始终是不变的，因此选项B不能说明；选项C中反应速率的方向是相同的，由于速率之比是相应的化学计量数之比，因此C中的关系始终是成立，不正确，所以正确的答案选D。

（3）根据表中数据可知，随着温度的升高，K值是逐渐减小的，这说明升高温度，平衡向逆反应方向移动，因此正反应是放热反应，选项A正确；根据△G＝△H－T·△S可知，由于△H小于0，所以如果反应在低温下不能自发进行，高温下可自发进行，则说明该反应△S小于0，选项B不正确；选项C酯平衡时CO₂、氢气、甲醇的浓度分别是（mol/L）0.05、0.1、0.05，所以平衡常数K＝，选项C正确；由于正反应是放热的，因此升高温度不利于反应物的转化，选项D不正确，答案选AC。