Question

由于溫室效應(yīng)和資源短缺等問題，如何降低大氣中的CO₂含量并加以開發(fā)利用，引起了各國的普遍重視．目前工業(yè)上有一種方法是用CO₂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)進行過程中能量（單位為kJ?mol^-1）的變化．

（1）寫出該反應(yīng)的熱化學方程式

CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）△H=-（n-m）kJ?mol?¹

．
（2）關(guān)于該反應(yīng)的下列說法中，正確的是

C

．
A．△H＞0，△S＞0                 B．△H＞0，△S＜0
C．△H＜0，△S＜0                 D．△H＜0，△S＞0
（3）該反應(yīng)的平衡常數(shù)K的表達式為：

c(CH3OH)?c(H2O)

c(CO2)?c3(H2)

．
（4）溫度降低，平衡常數(shù)K

增大

（填“增大”、“不變”或“減小”）．
（5）為探究反應(yīng)原理，現(xiàn)進行如下實驗：在體積為1L的密閉容器中，充入1molCO₂和3molH₂，測得CO₂和CH₃OH（g）的濃度隨時間變化如圖2所示．從反應(yīng)開始到平衡，用氫氣濃度變化表示的平均反應(yīng)速率v （H₂）=

0.225mol/（L．min）

．
（6）下列措施中能使n（CH₃OH）/n（CO₂）增大的有

C

．
A．升高溫度                      B．加入催化劑
C．將H₂O（g）從體系中分離          D．充入He（g），使體系總壓強增大．

Answer 1

分析：（1）該工業(yè)方法制取甲醇為二氧化碳與氫氣反應(yīng)生成甲醇和水；
（2）由圖1可知，反應(yīng)物的總能量高于生成物的總能量，該反應(yīng)為放熱反應(yīng)，由方程式可知，該反應(yīng)正反應(yīng)是氣體的物質(zhì)的量減小的反應(yīng)，故正反應(yīng)為熵減過程；
（3）化學平衡常數(shù)，是指在一定溫度下，達到平衡時各生成物濃度的化學計量數(shù)次冪的乘積除以各反應(yīng)物濃度的化學計量數(shù)次冪的乘積所得的比值，據(jù)此書寫；
（4）該反應(yīng)正反應(yīng)是放熱反應(yīng)，降低溫度平衡向正反應(yīng)移動，平衡常數(shù)增大；
（5）由圖2可知，甲醇的濃度變化量為0.75mol/L，根據(jù)v=

△c

△t

計算v（CH₃OH），再利用速率之比等于化學計量數(shù)之比計算v（H₂）；
（6）使n（CH₃OH）/n（CO₂）增大，改變條件使平衡向正反應(yīng)移動，但只增大二氧化碳的濃度會使該比值減小；

解答：解：（1）該工業(yè)方法制取甲醇原理為二氧化碳與氫氣反應(yīng)生成甲醇和水，反應(yīng)方程式為CO₂（g）+3H₂（g）CH₃OH（g）+H₂O（g）△H=-（n-m）kJ?mol?¹，
故答案為：CO₂（g）+3H₂（g）CH₃OH（g）+H₂O（g）△H=-（n-m）kJ?mol?¹；
（2）由圖1可知，反應(yīng)物的總能量高于生成物的總能量，該反應(yīng)為放熱反應(yīng)，即△H＜0，由方程式可知，該反應(yīng)正反應(yīng)是氣體的物質(zhì)的量減小的反應(yīng)，故正反應(yīng)為熵減過程，即△S＜0；故選C；
（3）可逆反應(yīng)CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）的化學平衡常數(shù)k=

c(CH3OH)?c(H2O)

c(CO2)?c3(H2)

；故答案為：

c(CH3OH)?c(H2O)

c(CO2)?c3(H2)

；
（4）該反應(yīng)正反應(yīng)是放熱反應(yīng)，降低溫度平衡向正反應(yīng)移動，平衡常數(shù)增大；故答案為：增大；
（5）由圖2可知，10min達平衡時甲醇的濃度變化量為0.75mol/L，所以v（CH₃OH）=

0.75mol/L

10min

=0.075mol/（L?min），速率之比等于化學計量數(shù)之比，所以v（H₂）=3v（CH₃OH）=3×0.075mol/（L?min）=0.225mol/（L?min），故答案為：0.225mol/（L．min）；
（6）使n（CH₃OH）/n（CO₂）增大，改變條件使平衡向正反應(yīng)移動，但只增大二氧化碳的濃度會使該比值減�。�
A．升高溫度，平衡向逆反應(yīng)移動，n（CH₃OH）/n（CO₂）減小，故A錯誤；
B．加入催化劑，平衡不移動，n（CH₃OH）/n（CO₂）不變，故B錯誤；
C．將H₂O（g）從體系中分離，平衡向正反應(yīng)移動，n（CH₃OH）/n（CO₂）增大，故C正確；
D．充入He（g），反應(yīng)混合物的濃度不變，變化不移動，n（CH₃OH）/n（CO₂）不變，故D錯誤；
故選C．

點評：本題考查平衡圖象、化學平衡有關(guān)計算、反應(yīng)速率、化學平衡的影響因素等，難度不大，注意基礎(chǔ)知識的理解掌握，（6）中只增大二氧化碳的濃度會使該比值減小，可以借助平衡常數(shù)分析理解．