Question

2．用太陽能電解水可獲得最理想的單質燃料X，但運輸極不方便，國外試用了如下的方法把X轉變成便于運輸的甲醇燃料；將空氣通過極濃的NaOH溶液中，此時空氣中的Y有70%被吸收，轉變為正鹽Z，當Z達到飽和后即加入硫酸，此時溶液會放出純凈的氣體Y．一定條件下通過X與Y反應生成甲醇．試回答以下問題：
（1）Z是Na₂CO₃（寫化學式），X和Y反應的化學方程式為CO₂+3H₂?CH₃OH+H₂O．
（2）溫度仍為120℃，活塞可左右自由滑動并且導熱，

起始時Ⅰ中X為n mol，Y為6.5 mol，CH₃OH（g）和D各為2 mol；Ⅱ中A、B、C各為4 mol．當 n 在一定范圍內變化時，均可通過調節反應器的溫度（Ⅰ和Ⅱ中溫度始終相等），使兩側反應都達到平衡，并且隔板恰好處于反應器的正中位置．
回答下列問題：
①若 n=2.5，則1中起始時反應向正反應（填“正反應”或“逆反應”）方向進行．欲使起始時反應向該方向進行，則 n 的取值范圍是1.5＜n＜4.5．
②若 n 分別取3.0和4.0，則在這兩種情況下，當反應分別達到平衡時，A的物質的量不相等（填“相等”或“不相等”），理由是溫度不同．

Answer 1

分析 （1）水分解得到的可燃氣體為氫氣，則X為氫氣；空氣中能被NaOH吸收的氣體為CO₂，則Y為CO₂、Z為Na₂CO₃；CO₂與氫氣反應生成甲醇；
（2）①n=2.5時，I中氣體初始物質的量為：2.5 mol+6.5 mol+2 mol+2 mol=13 mol，Ⅱ中氣體的物質的量始終為12 mol，如要是隔板停留在中間，左側反應應向正反應方向移動，以使氣體體積得到12 mol；
要使反應向正方向進行，左側氣體的初始物質的量應大于12 mol，則n mol+10.5 mol＞12 mol，同時還要滿足，當CO₂或H₂完全轉化為產物時，氣體總物質的量應小于12 mol，若CO₂完全轉化，生成CH₃OH和H₂O物質的量均為6.5 mol，已經大于12 mol，故應為氫氣完全轉化時，氣體總物質的量小于12 mol，則6.5 mol-$\frac{1}{3}$n mol+4 mol+$\frac{2}{3}$n mol＜12 mol，據此進行計算；
②當n取值3.0和4.0時，反應達平衡時總物質的量不變，反應的轉化率不同，結合反應溫度不同判斷平衡時A的物質的量．

解答 解：（1）水分解得到的可燃氣體為H₂，則X為氫氣；空氣中能被NaOH吸收的氣體為CO₂，則Y為CO₂、Z為Na₂CO₃，CO₂與氫氣反應生成甲醇的反應為：CO₂+3H₂O=CH₃OH+H₂O，
故答案為：Na₂CO₃；CO₂+3H₂?CH₃OH+H₂O；
（2）①n=2.5時，I中氣體初始物質的量為：2.5 mol+6.5 mol+2 mol+2 mol=13 mol，Ⅱ中氣體的物質的量始終為12 mol，如要是隔板停留在中間，左側反應應向正反應方向移動，以使氣體體積得到12 mol；
要使反應向正方向進行，左側氣體的初始物質的量應大于12 mol，故：n mol+10.5 mol＞12 mol，即n＞1.5，同時還要滿足，當CO₂或H₂完全轉化為產物時，氣體總物質的量應小于12 mol，若CO₂完全轉化，生成CH₃OH和H₂O物質的量均為6.5 mol，已經大于12 mol，故應為氫氣完全轉化時，氣體總物質的量小于12 mol，則有：6.5 mol-$\frac{1}{3}$n mol+4 mol+$\frac{2}{3}$n mol＜12 mol，n＜4.5，所以n的取值范圍為：1.5＜n＜4.5，
故答案為：正反應；1.5＜n＜4.5；
②當n取值3.0和4.0時，反應達平衡時總物質的量均為12 mol時，反應的轉化率不同，反應溫度不同，故平衡時A的物質的量不同，
故答案為：不相等；溫度不同．

點評 本題考查了化學平衡的移動、物質的推斷以及有關基本計算，題目難度中等，明確化學平衡及其影響為解答關鍵，注意掌握討論法在化學計算中的應用，試題培養了學生的分析、理解能力及化學計算能力．