Question

【題目】甲醇是一種可再生能源，由CO2制備甲醇的過程可能涉及的反應如下：

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

反應Ⅱ：CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g) △H2

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

回答下列問題：

(1)反應Ⅱ的△H2=______________________。

(2)反應Ⅲ能夠自發進行的條件是__________(填“較低溫度”、“ 較高溫度”或“任何溫度”)。

(3)恒溫，恒容密閉容器中，對于反應Ⅰ，下列說法中能說明該反應達到化學平衡狀態的是________。

A．混合氣體的密度不再變化B．混合氣體的平均相對分子質量不再變化

C．CO2、H2、CH3OH、H2O的物質的量之比為1：3：1：1D．甲醇的百分含量不再變化

(4)對于反應Ⅰ，不同溫度對CO2的轉化率及催化劑的效率影響如圖所示，下列有關說法不正確的是____。

A．其他條件不變，若不使用催化劑，則250℃時CO2的平衡轉化率仍位于M

B．溫度低于250℃時，隨溫度升高甲醇的產率增大

C．M點時平衡常數比N點時平衡常數大

D．實際反應應盡可能在較低的溫度下進行，以提高CO2的轉化率

(5)若在1L密閉容器中充入3molH2和1molCO2發生反應Ⅰ，則圖中M點時，產物甲醇的體積分數為_________________；該溫度下，反應的平衡常數K=______________L2/mol2；若要進一步提高甲醇體積分數，可采取的措施有____________________________________________。

Answer 1

【答案】+41.19kJ·mol-1較低溫度BDBD16.7%0.148(或者)增大壓強(降低溫度)

【解析】

（1）反應Ⅰ：CO2（g）+3H2（g）CH3OH（g）+H2O（g）△H1=-49.58kJmol-1，反應Ⅱ：CO2（g）+H2（g）CO（g）+H2O（g）△H2，反應Ⅲ：CO（g）+2H2（g）CH3OH（g）△H3=-90.77kJmol-1，根據蓋斯定律：Ⅱ=Ⅰ-Ⅲ得反應②的△H2=+41.19 kJmol-1；（2）△G=△H-T△S<0時，反應能夠自發進行，該反應的△S<0，△H<0，故反應Ⅲ能夠自發進行的條件是較低溫度；(3)反應CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g) △H1=-49.58kJ·mol-1為氣體體積縮小的放熱反應。A．混合氣體總質量不變，容器體積不變，混合氣體的密度始終不變，不能說明到達平衡，選項A錯誤；B．混合氣體的總質量不變，隨反應進行總物質的量增大，故隨反應進行平均相對分子質量減小，當平均相對分子質量不再變化時，說明到達平衡，選項B正確；C．CO2、H2、CH3OH、H2O的物質的量之比為1：3：1：1為特殊值，無法說明正逆反應速率相等，不能說明到達平衡，選項C錯誤；D．隨反應進行甲醇的濃度減小，當甲醇的百分含量不再變化時，說明到達平衡，選項D正確；答案選BD； （4）A、催化劑不能影響平衡移動，只能改變反應速率，故250℃時CO2的平衡轉化率仍位于M，選項A正確；B、溫度低于250℃時，隨溫度升高平衡逆向進行甲醇的產率減小，選項B不正確；C．升高溫度二氧化碳的平衡轉化率減小，則升溫平衡逆向移動，所以M點時平衡常數比N點時平衡常數大，選項C正確；D．為提高二氧化碳的轉化率，平衡正向進行，反應是放熱反應，低的溫度下進行反應，平衡正向進行，但催化劑的活性、反應速率減小，選項D不正確。答案選BD；(5)若在1L密閉容器中充入3molH2和1molCO2發生反應Ⅰ，則圖中M點時二氧化碳的轉化率為50%， CO2（g）+3H2（g）CH3OH（g）+H2O（g）

起始濃度（mol/L） 1 3 0 0

改變濃度（mol/L） 0.5 1.5 0.5 0.5

平衡濃度（mol/L） 0.5 1.5 0.5 0.5

則產物甲醇的體積分數為；該溫度下，反應的平衡常數K==0.148L2/mol2；反應前后氣體體積減小，若要進一步提高甲醇體積分數，可采取的措施有增大壓強(降低溫度)，平衡正向移動。