Question

5．科學(xué)家利用太陽能分解水生成的氫氣在催化劑作用下與二氧化碳反應(yīng)生成甲醇，并開發(fā)出直接以甲醇為燃料的燃料電池．已知H₂（g）、CO（g）和CH₃OH（l）的燃燒熱△H分別為-285.8kJ/mol、-283.0kJ/mol和-726.5kJ/mol．請回答下列問題：
（1）在容積為2L的密閉容器中，由 CO₂和H₂合成甲醇，在其他條件不變的情況下，考查溫度對反應(yīng)的影響，實驗結(jié)果如圖所示（注：T₁、T₂均大于300℃）；
下列說法正確的是③④（填序號）
①溫度為T₁時，從反應(yīng)開始到平衡，生成甲醇的平均速率為：v （CH₃OH）=$\frac{{n}_{A}}{{t}_{A}}$mol/（L•min）
②該反應(yīng)在T₁時的平衡常數(shù)比T₂時的小　
③該反應(yīng)為放熱反應(yīng)
④處于A點的反應(yīng)體系的溫度從T₁變到T₂，達到平衡時$\frac{n{H}_{2}}{nC{H}_{2}OH}$增大
（2）在T₁溫度時，將1molCO ₂ 和3molH₂充入一密閉恒容容器中，充分反應(yīng)達到平衡后，CO₂轉(zhuǎn)化率為α，則容器內(nèi)的壓強與起始壓強之比為$\frac{2-α}{2}$．

Answer 1

分析 （1）根據(jù)圖象中甲醇的變化來計算反應(yīng)速率，并利用圖象中時間與速率的關(guān)系來分析T₁、T₂，再利用影響平衡的因素來分析解答；
（2）根據(jù)化學(xué)平衡的三段法計算平衡時各物質(zhì)的物質(zhì)的量，再利用反應(yīng)前后氣體的物質(zhì)的量之比等于壓強之比來解答．

解答 解：（1）根據(jù)題給圖象分析可知，T₂先達到平衡則T₂＞T₁，由溫度升高反應(yīng)速率增大可知T₂的反應(yīng)速率大于T₁，又溫度高時平衡狀態(tài)CH₃OH的物質(zhì)的量少，則說明可逆反應(yīng)CO₂+3H₂?CH₃OH+H₂O向逆反應(yīng)方向移動，故正反應(yīng)為放熱反應(yīng)，則T₁時的平衡常數(shù)比T₂時的大；
①v（CH₃OH）=$\frac{\frac{{n}_{A}}{2L}}{{t}_{A}}$=$\frac{{n}_{A}}{2{t}_{A}}$mol/L•min，故①錯誤；
②正反應(yīng)為放熱反應(yīng)，根據(jù)題給圖象分析可知，T₂先達到平衡則T₂＞T₁，升高溫度，平衡向逆反應(yīng)方向移動，該反應(yīng)在T₁時的平衡常數(shù)比T₂時的大，故②錯誤；
③依據(jù)圖象分析T₂先達到平衡則T₂＞T₁，由溫度升高反應(yīng)速率增大可知T₂的反應(yīng)速率大于T₁，又溫度高時平衡狀態(tài)CH₃OH的物質(zhì)的量少，則說明可逆反應(yīng)CO₂+3H₂?CH₃OH+H₂O向逆反應(yīng)方向移動，故正反應(yīng)為放熱反應(yīng)，故③正確；
④處于A點的反應(yīng)體系從T₁變到T₂，升高溫度，平衡向逆反應(yīng)方向移動，達到平衡時，氫氣物質(zhì)的量增大、甲醇的物質(zhì)的量減小，故$\frac{n（{H}_{2}）}{n（C{H}_{3}OH）}$增大，故④正確；
故答案為：③④；
（2）由化學(xué)平衡的三段模式法計算可知，
       CO₂ （g）+3H₂（g）=CH₃OH（g）+H₂O（g）
起始    1        3          0          0
變化    α        3α         α          α
平衡    1-α      3-3α      α         α
根據(jù)相同條件下氣體的壓強之比等于物質(zhì)的量之比，
則容器內(nèi)的壓強與起始壓強之比為=（1-a+3-3a+a+a）：（1+3）=（2-a）：2，
故答案為：$\frac{2-α}{2}$．

點評 本題主要考查了 圖象分析判斷，反應(yīng)速率、化學(xué)平衡等重要知識，難度中等，注意對基礎(chǔ)知識的理解掌握．