Question

【題目】工業(yè)上可以利用廢氣中的CO2為原料制取甲醇，其反應(yīng)方程式為：CO2+3H2CH3OH+H2O。請回答下列問題：

（1）已知常溫常壓下下列反應(yīng)的能量變化如圖1所示：

寫出由二氧化碳和氫氣制備甲醇的熱化學(xué)方程式______________________________，該反應(yīng)的△S_______0（填“＞”或“＜”或“=”），在________情況下有利于該反應(yīng)自發(fā)進(jìn)行（填“低溫”或“高溫”）。

（2）如果上述反應(yīng)方程式的平衡常數(shù)K值變大，則該反應(yīng)_________（選填編號）。

A．一定向正反應(yīng)方向移動(dòng) B．在平衡移動(dòng)時(shí)正反應(yīng)速率先增大后減小

C．一定向逆反應(yīng)方向移動(dòng) D．在平衡移動(dòng)時(shí)逆反應(yīng)速率先減小后增大

（3）若反應(yīng)容器的容積為2.0L，CO2和H2的起始濃度分別為0.10 mol·L-1和0.30 mol·L-1。

①若反應(yīng)時(shí)間為4.0min，容器內(nèi)氣體的密度減少了2.0g/L，則在這段時(shí)間內(nèi)CO2的平均反應(yīng)速率為__________。

②若反應(yīng)在t1時(shí)達(dá)到平衡，過程中c（CO2）隨時(shí)間t變化趨勢曲線如圖2所示．保持其他條件不變，t1時(shí)將容器體積壓縮到1L，請畫出t1后c（CO2）隨時(shí)間t變化趨勢曲線（t2達(dá)到新的平衡）______________。

Answer 1

【答案】3H2(g) + CO2(g)＝CH3OH(l)+ H2O(l) ΔH=－50kJ/mol ＜ 低溫 AD 0.01mol/(L·min)

【解析】

（1）根據(jù)題意可得熱化學(xué)方程式：①CO(g)+H2O(l)=CO2(g)+H2(g) ΔH=－41kJ/mol；②CO(g) +H2(g)=CH3OH(l)ΔH=－91kJ/mol；根據(jù)蓋斯定律，由②－①，整理可得3H2(g) + CO2(g)=CH3OH(l)+ H2O(l)ΔH=－50kJ/mol；由方程式可知，該反應(yīng)是一個(gè)體系的混亂程度減小的反應(yīng)。所以△S＜0；由于該反應(yīng)的正反應(yīng)是放熱反應(yīng)，所以反應(yīng)在低溫情況下有利于該反應(yīng)自發(fā)進(jìn)行；

（2）由于該反應(yīng)的正反應(yīng)是放熱反應(yīng)，所以上述反應(yīng)方程式的平衡常數(shù)K值變大，則平衡正向移動(dòng)。由于K只與溫度有關(guān)，而與壓強(qiáng)、濃度等無關(guān)，所以只有溫度降低才可以滿足條件。當(dāng)降溫時(shí)，V正、V逆都減小，V逆減小的多，V正＞V逆，平衡正向移動(dòng)，逆反應(yīng)速率先減小后又略有增加。答案選AD；

（3）①反應(yīng)的容器容積為2.0L，容器內(nèi)氣體的密度減少了2.0g/L，則氣體的質(zhì)量減少了2.0g/L×2.0L=4.0g。其中減少的CO2的質(zhì)量為4×=3.52g；所以Δn(CO2)===0.08mol，因此V(CO2)= == 0.01mol/(L·min)；

②當(dāng)保持其他條件不變，t1時(shí)將容器體積壓縮到1L，瞬間二氧化碳濃度、氫氣增大，為c(CO2)=0.05mol/L，c(H2)=0.15mol/L，平衡向右移動(dòng)，設(shè)消耗c(CO2)=xmol/L，則消耗c(H2)=3xmol/L，平衡時(shí)各物質(zhì)的濃度分別為c(CO2)=(0.05-x)mol/L，c(H2)=(0.15-3x)mol/L，平衡常數(shù)不變。即=，解得x=0.025mol/L，則t2達(dá)到新的平衡時(shí)c(CO2)=0.025mol/L。故t1后c(CO2)隨時(shí)間t變化趨勢曲線為如圖所示。