Question

2．實現(xiàn)“節(jié)能減排”和“低碳經(jīng)濟”的一項重要課題就是如何將CO₂轉(zhuǎn)化為可利用的資源．
Ⅰ．目前工業(yè)上有一種方法是用CO₂與H₂來生產(chǎn)燃料甲醇．一定條件下發(fā)生反應：
CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g），圖1表示該反應過程中能量變化：

（1）關于該反應的下列說法中，正確的是C（填字母）．
A．△H＞0，△S＞0           B．△H＞0，△S＜0
C．△H＜0，△S＜0           D．△H＜0，△S＞0
（2）為探究反應原理，現(xiàn)進行如下實驗，在體積為l L的密閉容器中，充入l mol CO₂和4mol H₂，一定條件下發(fā)生反應：CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g），測得CO₂和CH₃OH（g）的濃度隨時間變化如圖2所示．
①從反應開始到平衡，CO₂的平均反應速率v（CO₂）=0.075mol/（L•min）．
②H₂的平衡轉(zhuǎn)化率為56.25%．
③下列措施中能使化學平衡向正反應方向移動的是B（填字母）．
A．升高溫度        B．將CH₃OH（g）及時液化抽出       C．選擇高效催化劑
Ⅱ．在一定體積的密閉容器中，進行如下化學反應CO₂（g）+H₂（g）?CO（g）+H₂O（g），其中化學平衡常數(shù)K和溫度的關系如表：

t/℃	700	800	830	1 000	1 200
K	0.6	0.9	1.0	1.7	2.6

（1）該反應的平衡常數(shù)表達式K=$\frac{c（CO）•c（{H}_{2}O）}{c（C{O}_{2}）•c（{H}_{2}）}$．此反應為吸熱反應（填“放熱”或“吸熱”）
（2）在830℃下，在10L容器中含有1molCO₂、1.2molH₂、0.75molCO、1.5molH₂O，則此時反應v（N₂）_正＞ v（N₂）_逆（填“＞”、“＜”、“=”），對此反應狀態(tài)的描述正確的為B（填下列序號）
A．恰好處于平衡狀態(tài)     B．向正反應方向進行      C．向逆反應方向進行．

Answer 1

分析 I．（1）正反應氣體的物質(zhì)的量減少，混亂度減��；由于反應物能量高于生成物的能量，反應是放熱反應；
（2）二氧化碳是反應物，隨反應進行濃度減小，甲醇是生成物，隨反應進行濃度增大，10nim內(nèi)達到平衡，生成甲醇濃度為0.75mol/L，二氧化碳濃度變化了0.75mol/L，則：
               CO₂（g）+3H₂（g）═CH₃OH（g）+H₂O（g）
起始量（mol/L）：1       4         0        0
變化量（mol/L）：0.75    2.25      0.75     0.75
平衡量（mol/L）：0.25    1.75      0.75     0.75
①根據(jù)c=$\frac{△c}{△t}$計算v（CO₂）；
②氫氣轉(zhuǎn)化率=$\frac{氫氣濃度變化量}{氫氣起始濃度}$×100%；
③A．反應是放熱反應，升溫平衡逆向進行；
B．將CH₃OH（g）及時液化抽出，減小生成物的量平衡正向進行；
C．選擇高效催化劑只能改變速率，不改變化學平衡；
Ⅱ．（1）化學平衡常數(shù)是指：一定溫度下，可逆反應到達平衡時，生成物的濃度系數(shù)次冪之積與反應物的濃度系數(shù)次冪之積的比，固體、純液體不需要在化學平衡常數(shù)中寫出；
由表中數(shù)據(jù)可知，溫度越高平衡常數(shù)越大，說明升高溫度平衡向正反應移動；
（2）計算此時濃度商Qc，若Qc=K，處于平衡狀態(tài)，若Qc＜K，反應向正反應進行，若Qc＞K，反應向逆反應進行，進而判斷v（N₂）_正、v（N₂）_逆相對大�。�

解答 解：（1）正反應氣體的物質(zhì)的量減少，混亂度減小，故△S＜0；由于反應物能量高于生成物的能量，反應是放熱反應，則△H＜0，
故選：C；
（2）二氧化碳是反應物，隨反應進行濃度減小，甲醇是生成物，隨反應進行濃度增大，10nim內(nèi)達到平衡，生成甲醇濃度為0.75mol/L，二氧化碳濃度變化了0.75mol/L，則：
               CO₂（g）+3H₂（g）═CH₃OH（g）+H₂O（g）
起始量（mol/L）：1        4         0        0
變化量（mol/L）：0.75     2.25      0.75     0.75
平衡量（mol/L）：0.25     1.75      0.75     0.75
①則v（CO₂）=$\frac{0.75mol}{10min}$=0.075mol/（L•min），故答案為：0.075mol/（L•min）；
②氫氣的轉(zhuǎn)化率=$\frac{2.25mol/L}{4mol/L}$×100%=56.25%，故答案為：56.25%；
③A．反應是放熱反應，升溫平衡逆向進行，故A錯誤；
B．將CH₃OH（g）及時液化抽出，減小生成物的量平衡正向進行，故B正確；
C．選擇高效催化劑只能改變速率，不改變化學平衡，故C錯誤；
故選：B；
Ⅱ．（1）CO₂（g）+H₂（g）?CO（g）+H₂O（g）的平衡常數(shù)表達式K=$\frac{c（CO）•c（{H}_{2}O）}{c（C{O}_{2}）•c（{H}_{2}）}$，
由表中數(shù)據(jù)可知，溫度越高平衡常數(shù)越大，說明升高溫度平衡向正反應移動，則正反應為吸熱反應，
故答案為：$\frac{c（CO）•c（{H}_{2}O）}{c（C{O}_{2}）•c（{H}_{2}）}$；吸熱；
（2）反應氣體氣體物質(zhì)的量不變，可以用物質(zhì)的量代替濃度計算濃度商，則濃度商Qc=$\frac{0.75×1.5}{1×1.2}$=0.9375＜K=1，反應向正反應進行，則v（N₂）_正＞v（N₂）_逆，
故答案為：＞；B．

點評 本題考查化學平衡計算、平衡常數(shù)、反應中能量變化等，理解掌握根據(jù)濃度商與平衡常數(shù)關系判斷反應進行方向．