Question

【題目】I．研究CO2、CO的利用對促進低碳社會的構(gòu)建具有重要意義，CO2、CO都可用于合成甲醇。CO2用于合成甲醇的熱化學方程式為：CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g) △H

①該反應的平衡常數(shù)表達式為K=____________________。

②取一定體積CO2和H2的混合氣體（物質(zhì)的量之比為1∶3），加入恒容密閉容器中發(fā)生上述反應，反應過程中測得甲醇的體積分數(shù)φ(CH3OH)與反應溫度T的關系如右圖所示，則該反應的ΔH_______0（填“>”、“<”或“＝”）。

Ⅱ.甲醇是結(jié)構(gòu)最為簡單的飽和一元醇，又稱“木醇”或“木精”。甲醇是一碳化學基礎的原料和優(yōu)質(zhì)的燃料，主要應用于精細化工、塑料、能源等領域。

已知甲醇制備的有關化學反應如下

反應①：CO（g）+2H2（g）=CH3OH（g） △H1=﹣90.77kJmol—1

反應②：CO2（g）+H2（g）=CO（g）+H2O（g） △H2=+41.19kJmol—1

反應③：CO2（g）+3H2（g）=CH3OH（g）+H2O（g） △H3

（1）反應③的△H3=__________________。

（2）若500℃時三個反應的平衡常數(shù)依次為K1、K2與K3，則K3=_____（用K1、K2表示）。已知500℃時K1、K2的值分別為2.5、1.0，并測得該溫度下反應③在某時刻，H2（g）、CO2（g）、CH3OH（g）、H2O （g）的濃度（mol/L）分別為0.8、0.1、0.3、0.15，則此時 V正_____ V逆（填“＞”、“=”或“＜”）．

（3）在3L容積可變的密閉容器中發(fā)生反應②，c（CO）隨反應時間t變化如圖中曲線Ⅰ所示。若在t0時刻分別改變一個條件，曲線Ⅰ變?yōu)榍�線Ⅱ和曲線Ⅲ。

當曲線Ⅰ變?yōu)榍�線Ⅱ時，改變的條件是_______。當通過改變壓強使曲線Ⅰ變?yōu)榍�線Ⅲ時，曲線Ⅲ達到平衡時容器的體積為___________________。

Answer 1

【答案】 ＜ -49.58 kJmol—1 K1K2 ＞ 加入催化劑 2L

【解析】I．①平衡常數(shù)等于生成物的濃度系數(shù)次冪之積除以反應物濃度系數(shù)次冪之積；CO2(g)+3H2(g) CH3OH(g)+H2O(g)的平衡常數(shù)K= ；

②根據(jù)圖象可知達到平衡后，溫度越高，甲醇的體積分數(shù)φ(CH3OH)越小，說明升高溫度平衡逆移，則正反應方向為放熱反應，△H<0，故答案為：＜；

Ⅱ.（1）根據(jù)蓋斯定律：③=①+②，得反應③的△H3= -49.58 kJmol—1；

（2）反應③=①+②，則K3=K1·K2；已知500℃時K1、K2的值分別為2.5、1.0，則K3= 2.5，該溫度下反應③在某時刻，Qc= ==0.9＜K3，反應正向進行,此時V正＞V逆。故答案為：K1·K2；＞；

（3）分析圖象知，t0時刻改變一個條件，曲線I變?yōu)榍�線II，CO的平衡濃度沒有變化，而達平衡的時間縮短，則改變的條件是加入催化劑；反應②為反應前后氣體數(shù)目不變的反應，改變壓強，平衡不移動，曲線I變?yōu)榍�線III時,n（CO）=0.3×3mol=0.9mol，CO的濃度由0.3mol/L變?yōu)?/span>0.45mol/L，容器的體積由3L縮小2L。故答案為：加入催化劑；2L。