Question

4．一定條件下，由CO₂和H₂制備甲醇的過(guò)程中含有下列反應(yīng)：
反應(yīng)1：CO₂（g）+H₂（g）?CO（g）+H₂O（g）△H₁
反應(yīng)2：CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）△H₂
反應(yīng)3：CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）△H₃
其對(duì)應(yīng)的平衡常數(shù)分別為K₁、K₂、K₃，它們隨溫度變化的曲線如圖l所示．反應(yīng)1、3的活化能如圖2所示．

（1）則△H₂小于△H₃（填“大于”、“小于”或“等于”），理由是曲圖l可知，隨著溫度升高，K₁增大，則△H₁＞0，根據(jù)蓋斯定律得△H₃=△H₁+△H₂，所以△H₂＜△H₃．．
（2）反應(yīng)1中△S₁＞0（填＞、=或＜=），指出有利于自發(fā)進(jìn)行的溫度條件較高溫度（填“較高溫度”或：“較低溫度”）
（3）將體積比為1：1的H₂和CO₂充入容積可變密閉容器內(nèi)，若只進(jìn)行反應(yīng)反應(yīng)1，下列措施中能使平衡時(shí)$\frac{c（CO）•c（{H}_{2}O）}{c（C{O}_{2}）•c（{H}_{2}）}$增大的是A（填序號(hào)）

A．升高溫度B．增大壓強(qiáng)C．充入一定量的CO₂   D．再加入一定量鐵粉
（4）為了提高CO₂和H₂制備甲醇生產(chǎn)效率和產(chǎn)量；工業(yè)生產(chǎn)中通常采取的措施是使用催化劑、高壓、將產(chǎn)物液化分離、原料氣循環(huán)利用
（5）在溫度為300℃時(shí)，使-定量合適體積比為的H₂和CO₂在體積恒定的密閉容器內(nèi)進(jìn)行反應(yīng)．該溫度下反應(yīng)2進(jìn)行程度很小可看成不進(jìn)行，請(qǐng)?jiān)趫D3中畫出CO、CH₃OH濃度隨時(shí)間變化至平衡的定性曲線圖．

Answer 1

分析 （1）曲圖l可知，隨著溫度升高，K₁增大，K₂、K₃減小，則△H₁＞0，△H₂＜0、△H₃＜0，根據(jù)蓋斯定律得△H₃=△H₁+△H₂，所以△H₂＜△H₃；
（2）反應(yīng)1是吸熱反應(yīng)，可自發(fā)進(jìn)行，熵值必然增大，△S₁＞0，△G=△H-T△S，△G＜0時(shí)，反應(yīng)可自發(fā)進(jìn)行，△H＞0，△S＞0，只有當(dāng)T較大時(shí)，△G＜0；
（3）$\frac{c（CO）•c（{H}_{2}O）}{c（C{O}_{2}）•c（{H}_{2}）}$為平衡常數(shù)的表達(dá)式，平衡常數(shù)只與溫度有關(guān)，該反應(yīng)為吸熱反應(yīng)，據(jù)此選擇；
（4）為了提高生產(chǎn)效率和產(chǎn)量，從速率角度考慮，可增大壓強(qiáng)，升高溫度，使用催化劑，從平衡角度考慮，可增大壓強(qiáng)，減小生成物濃度，原料氣循環(huán)利用等，綜合考慮，可使用催化劑、高壓、將產(chǎn)物液化分離、原料氣循環(huán)利用等；
（5）CO為反應(yīng)1的生成物，隨著時(shí)間的加長(zhǎng)，CO的濃度增大，達(dá)到平衡時(shí)不變，CH₃OH的濃度開始增大，后因容器內(nèi)壓強(qiáng)減小，且反應(yīng)1生成的水都使反應(yīng)3的平衡逆向移動(dòng)，CH₃OH的濃度減小，據(jù)此畫圖．

解答 解：（1）曲圖l可知，隨著溫度升高，K₁增大，K₂、K₃減小，則△H₁＞0，△H₂＜0、△H₃＜0，根據(jù)蓋斯定律得△H₃=△H₁+△H₂，所以△H₂＜△H₃，
故答案為：小于；曲圖l可知，隨著溫度升高，K₁增大，則△H₁＞0，根據(jù)蓋斯定律得△H₃=△H₁+△H₂，所以△H₂＜△H₃；
（2）反應(yīng)1是吸熱反應(yīng)，可自發(fā)進(jìn)行，熵值必然增大．△S₁＞0．△G=△H-T△S，△G＜0時(shí)，反應(yīng)可自發(fā)進(jìn)行．△H＞0，△S＞0，只有當(dāng)T較大時(shí)，△G＜0，故答案為：＞；較高溫度；
（3）$\frac{c（CO）•c（{H}_{2}O）}{c（C{O}_{2}）•c（{H}_{2}）}$為平衡常數(shù)的表達(dá)式，平衡常數(shù)只與溫度有關(guān)，該反應(yīng)為吸熱反應(yīng)，升高溫度，平衡常數(shù)增大，故選A；
（4）為了提高生產(chǎn)效率和產(chǎn)量，從速率角度考慮，可增大壓強(qiáng)，升高溫度，使用催化劑．從平衡角度考慮，可增大壓強(qiáng)，減小生成物濃度．原料氣循環(huán)利用等，綜合考慮，可使用催化劑、高壓、將產(chǎn)物液化分離、原料氣循環(huán)利用等，
故答案為：使用催化劑、高壓、將產(chǎn)物液化分離、原料氣循環(huán)利用；
（5）CO為反應(yīng)1的生成物，隨著時(shí)間的加長(zhǎng)，CO的濃度增大，達(dá)到平衡時(shí)不變．CH₃OH的濃度開始增大，后因容器內(nèi)壓強(qiáng)減小，且反應(yīng)1生成的水都使反應(yīng)3的平衡逆向移動(dòng)，CH₃OH的濃度減小，據(jù)此畫出的圖為，
故答案為：．

點(diǎn)評(píng) 本題考查了蓋斯定律、平衡常數(shù)與溫度的關(guān)系、影響反應(yīng)的方向的因素、反應(yīng)速率、平衡的影響因素在生產(chǎn)、生活中的應(yīng)用等，綜合性較強(qiáng)，難度中等，解題的關(guān)鍵要抓住外界條件對(duì)平衡的影響．