Question

2．實現(xiàn)“節(jié)能減排”和“低碳經(jīng)濟(jì)”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(yīng)：
CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g），圖1表示該反應(yīng)過程中能量變化：

（1）關(guān)于該反應(yīng)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(yīng)原理，現(xiàn)進(jìn)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(yīng)：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(yīng)開始到平衡，CO₂的平均反應(yīng)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(xué)平衡向正反應(yīng)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(jìn)行如下化學(xué)反應(yīng)CO₂（g）+H₂（g）?CO（g）+H₂O（g），其中化學(xué)平衡常數(shù)K和溫度的關(guān)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(yīng)的平衡常數(shù)表達(dá)式K=$\frac{c（CO）•c（{H}_{2}O）}{c（C{O}_{2}）•c（{H}_{2}）}$．此反應(yīng)為吸熱反應(yīng)（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(yīng)v（N₂）_正＞ v（N₂）_逆（填“＞”、“＜”、“=”），對此反應(yīng)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(yīng)方向進(jìn)行      C．向逆反應(yīng)方向進(jìn)行．

Answer 1

分析 I．（1）正反應(yīng)氣體的物質(zhì)的量減少，混亂度減�。挥捎诜磻�(yīng)物能量高于生成物的能量，反應(yīng)是放熱反應(yīng)；
（2）二氧化碳是反應(yīng)物，隨反應(yīng)進(jìn)行濃度減小，甲醇是生成物，隨反應(yīng)進(jìn)行濃度增大，10nim內(nèi)達(dá)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(yīng)是放熱反應(yīng)，升溫平衡逆向進(jìn)行；
B．將CH₃OH（g）及時液化抽出，減小生成物的量平衡正向進(jìn)行；
C．選擇高效催化劑只能改變速率，不改變化學(xué)平衡；
Ⅱ．（1）化學(xué)平衡常數(shù)是指：一定溫度下，可逆反應(yīng)到達(dá)平衡時，生成物的濃度系數(shù)次冪之積與反應(yīng)物的濃度系數(shù)次冪之積的比，固體、純液體不需要在化學(xué)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(yīng)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(yīng)向正反應(yīng)進(jìn)行，若Qc＞K，反應(yīng)向逆反應(yīng)進(jìn)行，進(jìn)而判斷v（N₂）_正、v（N₂）_逆相對大�。�

解答 解：（1）正反應(yīng)氣體的物質(zhì)的量減少，混亂度減小，故△S＜0；由于反應(yīng)物能量高于生成物的能量，反應(yīng)是放熱反應(yīng)，則△H＜0，
故選：C；
（2）二氧化碳是反應(yīng)物，隨反應(yīng)進(jìn)行濃度減小，甲醇是生成物，隨反應(yīng)進(jìn)行濃度增大，10nim內(nèi)達(dá)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(yīng)是放熱反應(yīng)，升溫平衡逆向進(jìn)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(jìn)行，故B正確；
C．選擇高效催化劑只能改變速率，不改變化學(xué)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(dá)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(yīng)移動，則正反應(yīng)為吸熱反應(yīng)，
故答案為：$\frac{c（CO）•c（{H}_{2}O）}{c（C{O}_{2}）•c（{H}_{2}）}$；吸熱；
（2）反應(yīng)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(yīng)向正反應(yīng)進(jìn)行，則v（N₂）_正＞v（N₂）_逆，
故答案為：＞；B．

點評 本題考查化學(xué)平衡計算、平衡常數(shù)、反應(yīng)中能量變化等，理解掌握根據(jù)濃度商與平衡常數(shù)關(guān)系判斷反應(yīng)進(jìn)行方向．