Question

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”的手段之一是節能，下列制氫方法最節能的是______
A．電解水制氫：2H₂O   2H₂↑+O₂↑
B．高溫使水分解制氫：2H₂O2H₂↑+O₂↑
C．太陽光催化分解水制氫：2H₂O  2H₂↑+O₂↑
D．天然氣制氫：CH₄+H₂O  CO+3H₂
（2）CO₂可轉化成有機物實現碳循環．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^-1，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）=______mol?L^-1?min^-1．
②能說明上述反應達到平衡狀態的是______（填編號）．
A．反應中CO₂與CH₃OH的物質的量濃度之比為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．單位時間內消耗3mol H₂，同時生成1mol H₂O
D．CO₂的體積分數在混合氣體中保持不變
（3）工業上，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：

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

下列說法正確的是______．
A．該反應正反應是放熱反應
B．該反應在低溫下不能自發進行，高溫下可自發進行，說明該反應△S＜0
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轉化率為50%，則此時的平衡常數為100
D．工業上采用稍高的壓強（5Mpa）和250℃，是因為此條件下，原料氣轉化率最高．

Answer 1

【答案】分析：（1）有效“減碳”的手段之一是節能，利用太陽光催化分解水制氫最節能；
（2）①從3min到9min，CO₂的濃度由0.5mol/L降低為0.25mol/L，根據v=計算v（CO₂），再根據速率之比等于化學計量數之比計算v（H₂）；
②A．圖中交叉點之后反應中CO₂與CH₃OH的物質的量濃度還在發生變化；
B．都為氣體，容器的體積不變，混合氣體的總質量不變，密度自始至終為定值；
C．單位時間內消耗3mol H₂，同時生成1mol H₂O，都表示正反應速率；
D．可逆反應得到平衡，反應混合物的濃度、含量為定值；
（3）A、由表中數據可知，溫度越高平衡常數越小，可逆反應向逆反應移動，升高溫度平衡向吸熱反應移動；
B、根據△G=△H-T△S判斷，△G＞0，反應不能自發進行；△G＜0，反應自發進行；
C、利用三段式計算出平衡時平衡混合物各組分的濃度，代入平衡常數的表達式計算；
D、由表中數據可知，溫度越高平衡常數越小，可逆反應向逆反應移動，不利用原料氣轉化．
解答：解：（1）有效“減碳”的手段之一是節能，利用太陽光催化分解水制氫最節能，不需要使用熱量與電能，故選：C；
（2）①由圖可知，從3min到9min，CO₂的濃度由0.5mol/L降低為0.25mol/L，所以v（CO₂）==mol/（L?min），速率之比等于化學計量數之比，所以v（H₂）=3v（CO₂）=3×mol/（L?min）=0.125mol/（L?min），故答案為：0.125；
②A．圖中交叉點之后反應中CO₂與CH₃OH的物質的量濃度還在發生變化，反應為達平衡，故A錯誤；
B．都為氣體，容器的體積不變，混合氣體的總質量不變，密度自始至終為定值，不能說明可逆反應到達平衡，故B錯誤；
C．單位時間內消耗3mol H₂，同時生成1mol H₂O，都表示正反應速率，自始至終都按3：1進行，不能說明到達平衡，故C錯誤；
D．隨反應進行CO₂的體積分數減小，當CO₂的體積分數在混合氣體中保持不變，說明可逆反應到達平衡狀態，故D正確．
故選：D；
（3）A、由表中數據可知，溫度越高平衡常數越小，可逆反應向逆反應移動，升高溫度平衡向吸熱反應移動，故正反應為放熱反應，故A正確；
B、反應為放熱反應△H＜0，△G=△H-T△S＜0，反應自發進行，△S＜0，低溫下，反應也可以自發進行，故B錯誤；
C、對于可逆反應：CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）
開始（mol/L）：0.1      0.2         0
變化（mol/L）：0.05     0.1        0.05     
平衡（mol/L）：0.05     0.1        0.05
所以平衡常數k==100，故C正確；
D、增大壓強，平衡向正反應移動，有利于原料氣轉化．由表中數據可知，溫度越高平衡常數越小，可逆反應向逆反應移動，故升高不利用原料氣轉化，采取250℃溫度，考慮反應速率與催化劑的活性，故D錯誤．
故選：AC．
點評：本題考查平衡狀態的判斷、平衡移動、平衡圖象、反應速率計算、平衡常數、反應方向判斷等，難度不大，注重基礎知識的考查，注意基礎知識的掌握．