Question

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

（1）已知常溫常壓下下列反應的能量變化如下圖所示：

 

寫出由二氧化碳和氫氣制備甲醇的熱化學方程式__ _。

該反應的△S­­­­­­­­­­­­­­____0(填“>”或“<”或“=”)，在 ______情況下有利于該反應自發(fā)進行。

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

A．一定向正反應方向移動 B．在平衡移動時正反應速率先增大后減小

C．一定向逆反應方向移動 D．在平衡移動時逆反應速率先減小后增大

（3）如果上述反應在體積不變的密閉容器中發(fā)生，能說明反應已達到平衡狀態(tài)的是 __ （選填編號）。

A．3v正(H2)=v逆(CO2) B．C(H2) = C(CO2)

C．容器內氣體的密度不變 D．容器內壓強不變

（4）若反應的容器容積為2.0L，反應時間4.0 min，容器內氣體的密度增大了2.0g/L，在這段時間內CO2的平均反應速率為 。反應在t1時達到平衡，過程中c(CO2)隨時間t變化趨勢曲線右圖所示。保持其他條件不變，t1時將容器體積壓縮到1L，請畫出t1后c(CO2)隨時間t變化趨勢曲線(t2達到新的平衡)。

 

 

Answer 1

（1）3H2(g) + CO2(g)= CH3OH(l)+ H2O(l)；ΔH=－50KJ/mol；<； 低溫；（2）A、D；

（3）CD；（4）0.01mol.L-1.min-1；畫圖

【解析】

試題分析：（1）根據(jù)題意可得熱化學方程式：①CO(g)+H2O(l)=CO2(g)+H2(g) ΔH=－41KJ/mol; ②CO(g) +H2(g) =CH3OH(l)ΔH=－91KJ/mol; ②－①，整理可得3H2(g) + CO2(g)= CH3OH(l)+ H2O(l)；ΔH=－50KJ/mol;由方程式可知，該反應是一個體系的混亂程度減小的反應。所以△S­­­­­­­­­­­­­­<0；由于該反應的正反應是放熱反應，所以反應在低溫情況下有利于該反應自發(fā)進行。（2）由于該反應的正反應是放熱反應，所以上述反應方程式的平衡常數(shù)K值變大，則平衡正向移動。由于K只與溫度有關，而與壓強、濃度等無關，所以只有溫度降低才可以滿足條件。當降溫時，V正、V逆都減小，V逆減小的多，V正>V逆，平衡正向移動，逆反應速率先減小后又略有增加。因此選項為A、D。（3）A．若反應達到平衡，則v正(H2)= 3v逆(CO2)。錯誤。B．由于二者消耗時是按照3:1的物質的量的關系消耗的，所以在開始加入的這兩種氣體只有按照某一確定的比例混合，達到平衡時才有關系：C(H2) = C(CO2)。因此不能作為判斷平衡的標志。錯誤。C．由于生成物有液態(tài)物質，若反應未達到平衡，則氣體的質量就會發(fā)生變化，氣體的密度也會發(fā)生改變。因此容器內氣體的密度不變，可以作為判斷平衡的標志。正確。D．該反應是反應前后氣體體積不等的反應，如果未達到平衡，則氣體的物質的量就會發(fā)生變化，則容器內氣體的壓強就會改變。因此容器內壓強不變可以作為判斷平衡的標志。正確。（4）反應的容器容積為2.0L，容器內氣體的密度增大了2.0g/L，則氣體的質量增加了2.0g/L×2.0L=4.0g.其中增加的CO2的質量為；所以Δn(CO2)= Δm÷M= =0.08mol,因此V(CO2)= Δc(CO2)÷Δt=(0.08mol ÷2L)÷4min = 0.01mol/(L·min)。

由圖像可知：反應CO2(g)+3H2(g)CH3OH(l)+H2O(l)中起始時c(CO2)=0.10mol/L，平衡時c(CO2)=0.025mol/L，則Δc(CO2)=0.075mol/L，所以平衡時各物質的濃度為：c(H2)=0.075mol/L，該反應的平衡常數(shù)；當保持其他條件不變，t1時將容器體積壓縮到1L，c(CO2)=0.05mol/L，c(H2)=0.15mol/L，平衡向右移動，設消耗c(CO2)=xmol/L,則消耗c(H2)=3xmol/L，平衡時各物質的濃度分別為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達到新的平衡時c(CO2)=0.025mol/L.故t1后c(CO2)隨時間t變化趨勢曲線為如圖所示。

考點：考查熱化學方程式的書寫、化學平衡狀態(tài)的判斷、反應的方向性、化學反應速率的計算、CO2濃度與時間圖像的表示。