Question

【題目】甲醇是一種可再生能源，由CO2制備甲醇的過(guò)程可能涉及的反應(yīng)如下：

反應(yīng)Ⅰ：CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g) △H1=-49.58kJ·mol-1

反應(yīng)Ⅱ：CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g) △H2

反應(yīng)Ⅲ：CO(g)+2H2(g)CH3OH(g) △H3=-90.77kJ·mol-1

回答下列問(wèn)題：

(1)反應(yīng)Ⅱ的△H2=______________________。

(2)反應(yīng)Ⅲ能夠自發(fā)進(jìn)行的條件是__________(填“較低溫度”、“ 較高溫度”或“任何溫度”)。

(3)恒溫，恒容密閉容器中，對(duì)于反應(yīng)Ⅰ，下列說(shuō)法中能說(shuō)明該反應(yīng)達(dá)到化學(xué)平衡狀態(tài)的是________。

A．混合氣體的密度不再變化B．混合氣體的平均相對(duì)分子質(zhì)量不再變化

C．CO2、H2、CH3OH、H2O的物質(zhì)的量之比為1：3：1：1D．甲醇的百分含量不再變化

(4)對(duì)于反應(yīng)Ⅰ，不同溫度對(duì)CO2的轉(zhuǎn)化率及催化劑的效率影響如圖所示，下列有關(guān)說(shuō)法不正確的是____。

A．其他條件不變，若不使用催化劑，則250℃時(shí)CO2的平衡轉(zhuǎn)化率仍位于M

B．溫度低于250℃時(shí)，隨溫度升高甲醇的產(chǎn)率增大

C．M點(diǎn)時(shí)平衡常數(shù)比N點(diǎn)時(shí)平衡常數(shù)大

D．實(shí)際反應(yīng)應(yīng)盡可能在較低的溫度下進(jìn)行，以提高CO2的轉(zhuǎn)化率

(5)若在1L密閉容器中充入3molH2和1molCO2發(fā)生反應(yīng)Ⅰ，則圖中M點(diǎn)時(shí)，產(chǎn)物甲醇的體積分?jǐn)?shù)為_________________；該溫度下，反應(yīng)的平衡常數(shù)K=______________L2/mol2；若要進(jìn)一步提高甲醇體積分?jǐn)?shù)，可采取的措施有____________________________________________。

Answer 1

【答案】+41.19kJ·mol-1較低溫度BDBD16.7%0.148(或者)增大壓強(qiáng)(降低溫度)

【解析】

（1）反應(yīng)Ⅰ：CO2（g）+3H2（g）CH3OH（g）+H2O（g）△H1=-49.58kJmol-1，反應(yīng)Ⅱ：CO2（g）+H2（g）CO（g）+H2O（g）△H2，反應(yīng)Ⅲ：CO（g）+2H2（g）CH3OH（g）△H3=-90.77kJmol-1，根據(jù)蓋斯定律：Ⅱ=Ⅰ-Ⅲ得反應(yīng)②的△H2=+41.19 kJmol-1；（2）△G=△H-T△S<0時(shí)，反應(yīng)能夠自發(fā)進(jìn)行，該反應(yīng)的△S<0，△H<0，故反應(yīng)Ⅲ能夠自發(fā)進(jìn)行的條件是較低溫度；(3)反應(yīng)CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g) △H1=-49.58kJ·mol-1為氣體體積縮小的放熱反應(yīng)。A．混合氣體總質(zhì)量不變，容器體積不變，混合氣體的密度始終不變，不能說(shuō)明到達(dá)平衡，選項(xiàng)A錯(cuò)誤；B．混合氣體的總質(zhì)量不變，隨反應(yīng)進(jìn)行總物質(zhì)的量增大，故隨反應(yīng)進(jìn)行平均相對(duì)分子質(zhì)量減小，當(dāng)平均相對(duì)分子質(zhì)量不再變化時(shí)，說(shuō)明到達(dá)平衡，選項(xiàng)B正確；C．CO2、H2、CH3OH、H2O的物質(zhì)的量之比為1：3：1：1為特殊值，無(wú)法說(shuō)明正逆反應(yīng)速率相等，不能說(shuō)明到達(dá)平衡，選項(xiàng)C錯(cuò)誤；D．隨反應(yīng)進(jìn)行甲醇的濃度減小，當(dāng)甲醇的百分含量不再變化時(shí)，說(shuō)明到達(dá)平衡，選項(xiàng)D正確；答案選BD； （4）A、催化劑不能影響平衡移動(dòng)，只能改變反應(yīng)速率，故250℃時(shí)CO2的平衡轉(zhuǎn)化率仍位于M，選項(xiàng)A正確；B、溫度低于250℃時(shí)，隨溫度升高平衡逆向進(jìn)行甲醇的產(chǎn)率減小，選項(xiàng)B不正確；C．升高溫度二氧化碳的平衡轉(zhuǎn)化率減小，則升溫平衡逆向移動(dòng)，所以M點(diǎn)時(shí)平衡常數(shù)比N點(diǎn)時(shí)平衡常數(shù)大，選項(xiàng)C正確；D．為提高二氧化碳的轉(zhuǎn)化率，平衡正向進(jìn)行，反應(yīng)是放熱反應(yīng)，低的溫度下進(jìn)行反應(yīng)，平衡正向進(jìn)行，但催化劑的活性、反應(yīng)速率減小，選項(xiàng)D不正確。答案選BD；(5)若在1L密閉容器中充入3molH2和1molCO2發(fā)生反應(yīng)Ⅰ，則圖中M點(diǎn)時(shí)二氧化碳的轉(zhuǎn)化率為50%， CO2（g）+3H2（g）CH3OH（g）+H2O（g）

起始濃度（mol/L） 1 3 0 0

改變濃度（mol/L） 0.5 1.5 0.5 0.5

平衡濃度（mol/L） 0.5 1.5 0.5 0.5

則產(chǎn)物甲醇的體積分?jǐn)?shù)為；該溫度下，反應(yīng)的平衡常數(shù)K==0.148L2/mol2；反應(yīng)前后氣體體積減小，若要進(jìn)一步提高甲醇體積分?jǐn)?shù)，可采取的措施有增大壓強(qiáng)(降低溫度)，平衡正向移動(dòng)。