Question

由于溫室效應和資源短缺等問題，如何降低大氣中的CO₂含量并加以開發利用，引起了各國的普遍重視．目前工業上有一種方法是用CO₂生產燃料甲醇．一定條件下發生反應：CO₂（g）+3H₂（g）CH₃OH（g）+H₂O（g），圖1表示該反應進行過程中能量（單位為kJ?mol^-1）的變化．

（1）寫出該反應的熱化學方程式

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

．
（2）關于該反應的下列說法中，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）該反應的平衡常數K的表達式為：

c(CH3OH)?c(H2O)

c(CO2)?c3(H2)

．
（4）溫度降低，平衡常數K

增大

（填“增大”、“不變”或“減小”）．
（5）為探究反應原理，現進行如下實驗：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．從反應開始到平衡，用氫氣濃度變化表示的平均反應速率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）該工業方法制取甲醇為二氧化碳與氫氣反應生成甲醇和水；
（2）由圖1可知，反應物的總能量高于生成物的總能量，該反應為放熱反應，由方程式可知，該反應正反應是氣體的物質的量減小的反應，故正反應為熵減過程；
（3）化學平衡常數，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次冪的乘積除以各反應物濃度的化學計量數次冪的乘積所得的比值，據此書寫；
（4）該反應正反應是放熱反應，降低溫度平衡向正反應移動，平衡常數增大；
（5）由圖2可知，甲醇的濃度變化量為0.75mol/L，根據v=

△c

△t

計算v（CH₃OH），再利用速率之比等于化學計量數之比計算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）該工業方法制取甲醇原理為二氧化碳與氫氣反應生成甲醇和水，反應方程式為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，反應物的總能量高于生成物的總能量，該反應為放熱反應，即△H＜0，由方程式可知，該反應正反應是氣體的物質的量減小的反應，故正反應為熵減過程，即△S＜0；故選C；
（3）可逆反應CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）的化學平衡常數k=

c(CH3OH)?c(H2O)

c(CO2)?c3(H2)

；故答案為：

c(CH3OH)?c(H2O)

c(CO2)?c3(H2)

；
（4）該反應正反應是放熱反應，降低溫度平衡向正反應移動，平衡常數增大；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移動，但只增大二氧化碳的濃度會使該比值減小．
A．升高溫度，平衡向逆反應移動，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，平衡向正反應移動，n（CH₃OH）/n（CO₂）增大，故C正確；
D．充入He（g），反應混合物的濃度不變，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、化學平衡有關計算、反應速率、化學平衡的影響因素等，難度不大，注意基礎知識的理解掌握，（6）中只增大二氧化碳的濃度會使該比值減小，可以借助平衡常數分析理解．