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·mo1－1

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

反應(yīng)Ⅲ：CO(g)+2H2(g) CH3OH(g) △H3=-90.77 kJ·mo1－1

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︰1

D.甲醇的百分含量不再變化

(4)對(duì)于反應(yīng)I，溫度對(duì)CO2的轉(zhuǎn)化率及催化劑的效率影響如圖所示：

①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)化率可能位于M1

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

②若在1L密閉容器中充入3molH2和1 molCO2發(fā)生反應(yīng)I，250℃時(shí)反應(yīng)的平衡常數(shù)K=__________(保留3位小數(shù))；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】+41.19 kJ·mo1－1 較低溫度 BD ABD 0.148 增大壓強(qiáng)（降低溫度）

【解析】

（1）根據(jù)蓋斯定律：Ⅱ=I-Ⅲ得反應(yīng)Ⅱ的△H2。

（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，當(dāng)溫度較低時(shí)，反應(yīng)Ⅲ能夠自發(fā)進(jìn)行。

（3）A. 由于氣體的質(zhì)量、體積不變，則無(wú)論是否達(dá)到平衡狀態(tài)，混合氣體的密度都不變化，不能作為判斷是否平衡的依據(jù)。

B. 反應(yīng)前后氣體的物質(zhì)的量不等，混合氣體的平均相對(duì)分子質(zhì)量不再變化，可說(shuō)明氣體的物質(zhì)的量不再變化，說(shuō)明達(dá)到平衡狀態(tài)。

C. 平衡常數(shù)未知，CO2、H2、CH3OH、H2O的物質(zhì)的量之比為1:3:1:1 ，不能判斷是否達(dá)到平衡狀態(tài)。

D. 甲醇的百分含量不再變化，可說(shuō)明達(dá)到平衡狀態(tài)。

（4）①反應(yīng)I：CO2(g)+3H2(g) CH3OH(g)+H2O(g) △H1=－49.58kJ·mo1－1

A.由圖像可知，其他條件不變，若不使用催化劑，則250℃時(shí)CO2的平衡轉(zhuǎn)化率一定位于M。

B.溫度低于250℃時(shí)，隨溫度升高二氧化碳轉(zhuǎn)化量降低，甲醇的產(chǎn)率減小。

C.平衡常數(shù)只與溫度有關(guān)，M點(diǎn)溫度低于N點(diǎn)溫度，溫度高，平衡逆向移動(dòng)，則M點(diǎn)時(shí)平衡常數(shù)比N點(diǎn)時(shí)平衡常數(shù)大。

D.根據(jù)圖像可知，催化劑催化效率在250℃左右最高，實(shí)際反應(yīng)應(yīng)控制溫度在250℃左右。

②根據(jù)三段式計(jì)算。

（1）反應(yīng)I：CO2(g)+3H2(g) CH3OH(g)+H2O(g) △H1=－49.58kJ·mo1－1

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

反應(yīng)Ⅲ：CO(g)+2H2(g) CH3OH(g) △H3=-90.77 kJ·mo1－1

根據(jù)蓋斯定律：Ⅱ=I-Ⅲ得反應(yīng)Ⅱ的△H2=+41.19 kJ·mo1－1，故答案為：+41.19 kJ·mo1－1。

（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，當(dāng)溫度較低時(shí)，反應(yīng)Ⅲ能夠自發(fā)進(jìn)行，故答案為：較低溫度。

（3）A. 由于氣體的質(zhì)量、體積不變，則無(wú)論是否達(dá)到平衡狀態(tài)，混合氣體的密度都不變化，不能作為判斷是否平衡的依據(jù)，故A錯(cuò)誤；

B. 反應(yīng)前后氣體的物質(zhì)的量不等，混合氣體的平均相對(duì)分子質(zhì)量不再變化，可說(shuō)明氣體的物質(zhì)的量不再變化，說(shuō)明達(dá)到平衡狀態(tài)，故B正確；

C. 平衡常數(shù)未知，CO2、H2、CH3OH、H2O的物質(zhì)的量之比為1:3:1:1 ，不能判斷是否達(dá)到平衡狀態(tài)，故C錯(cuò)誤；

D. 甲醇的百分含量不再變化，可說(shuō)明達(dá)到平衡狀態(tài)，故D正確。

故選BD。

（4）①反應(yīng)I：CO2(g)+3H2(g) CH3OH(g)+H2O(g) △H1=－49.58kJ·mo1－1

A.由圖像可知，其他條件不變，若不使用催化劑，不會(huì)改變平衡狀態(tài)，二氧化硫的平衡轉(zhuǎn)化率不變，則250℃時(shí)CO2的平衡轉(zhuǎn)化率一定位于M，故A錯(cuò)誤；

B.溫度低于250℃時(shí)，隨溫度升高二氧化碳轉(zhuǎn)化量降低，甲醇的產(chǎn)率減小，故B錯(cuò)誤；

C.平衡常數(shù)只與溫度有關(guān)，由于該反應(yīng)正反應(yīng)方向是放熱反應(yīng)，M點(diǎn)溫度低于N點(diǎn)溫度，溫度升高，平衡逆向移動(dòng)，則M點(diǎn)時(shí)平衡常數(shù)比N點(diǎn)時(shí)平衡常數(shù)大，故C正確；

D.根據(jù)圖像可知，催化劑催化效率在250℃左右最高，實(shí)際反應(yīng)應(yīng)控制溫度在250℃左右，故D錯(cuò)誤；

故選ABD。

② M點(diǎn)二氧化碳的轉(zhuǎn)化率是50％，

CO2(g)+3H2(g) CH3OH(g)+H2O(g) △H1=－49.58kJ·mo1－1

起始量（mol） 1 3 0 0

變化量（mol）0.5 1.5 0.5 0.5

平衡量（mol）0.5 1.5 0.5 0.5

體積為1L，K=0.5×0.5/0.5×1.53=0.148，反應(yīng)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)或降低溫度，平衡正向移動(dòng)，故答案為：0.148；增大壓強(qiáng)（降低溫度）。