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1：3：1：1

D.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的平衡轉化率可能位于M1

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，250℃時反應的平衡常數K=__________；若要進一步提高甲醇積分數。可采取的措施有________。

Answer 1

【答案】+41.19kJ·mol-1較低溫度BDABD0.148增大壓強(降低溫度)

【解析】

(1) 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

根據蓋斯定律：Ⅱ=ⅠⅢ得反應②的△H2= +41.19kJ·mol-1；

(2)△G=△HT△S<0時，反應能夠自發進行，該反應的△S<0、△H<0，當溫度較低時，反應Ⅲ能夠自發進行；

(3)A、由于氣體的質量、體積不變，則無論是否達到平衡狀態，混合氣體的密度都不變化，不能作為判斷是否平衡的依據，故A錯誤；B、反應前后氣體的物質的量不等，混合氣體的平均相對分子質量不再變化，可說明氣體的物質的量不再變化，說明達到平衡狀態，故B正確；C、平衡常數未知，CO2、H2、CH3OH、H2O的物質的量之比為1：3：1：1，不能判斷是否達到平衡狀態，故C錯誤；D、甲醇的百分含量不再變化，可說明達到平衡狀態，故D正確；

(4)A.催化劑不能影響平衡移動，只能改變反應速率，故A錯誤；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，故B錯誤；C、升高溫度二氧化碳的平衡轉化率減低，則升溫平衡逆向移動，所以M化學平衡常數大于N，故C正確；D. 為提高CO2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，故D錯誤；故選ABD；

(5) 若在1L密閉容器中充入3molH2和1molCO2，則圖中M點時二氧化碳轉化率50%，

CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)

起始量(mol) 1300

變化量(mol) 0.51.50.50.5

平衡量(mol) 0.51.50.50.5

K= ，反應前后氣體體積減小，若要進一步提高甲醇的體積分數，可采取的措施有增大壓強平衡正向進行，