题目内容
【题目】工业上已经实现CO2与H2反应合成甲醇。在一恒温、恒容密闭容器中充入2molCO2和6molH2，一定条件下发生反应：CO2(g)+3H2(g)=CH3OH(g)+H2O(g)，测得CO2和CH3OH(g)的浓度随时间变化如图所示。请回答：
（1）该密闭容器的容积是___。
（2）达到未平衡状态的时刻是___min(填“3”或“10”)。
（3）在前3min内，用H2浓度的变化表示的反应速率v(H2)=___mol/(L·min)。
（4）10min时体系的压强与开始时压强之比为__。
（5）达平衡后H2O(g)的物质的量分数是___。
（6）已知：①CO(g)+2H2(g)=CH3OH(g) △H=-90.1kJ/mol，②CO(g)+H2O(g)=CO2(g)+H2(g）△H=-41.1kJ/mol，则CO2与H2反应合成CH3OH(g)的热化学方程式__，反应在10min内所放出的热量为__。
【答案】2L 3 0.225 mol/(L·min) 
30% CO2(g)+3H2(g)=CH3OH(g)+H2O(g) △H =-49 kJ/mol 98 kJ
【解析】
在一恒温、恒容密闭容器中充入2molCO2和6molH2，从图像可知，CO2的初始浓度为1mol/L，则体积= 
=2L，当各物质的浓度不再随时间的变化而变化，而反应处于平衡状态，由图像可知，3min后CO2和CH3OH的浓度还在发生变化，10min后，CO2和CH3OH的浓度不发生变化，故3min是未平衡状态，10min为平衡状态。根据v=
计算反应速率；由图可知，在第3min时，根据v=可知二氧化碳反应速率，二氧化碳与氢气的速率之比等于它们的计量数之比，可算出氢气的反应速率；
（4）10min时达到平衡，利用三段式，算出10min后气体的物质的量与开始时的物质的量之比，在相同情况下，气体的压强之比等于物质的量之比，可计算出10min时体系的压强与开始时压强之比为。达平衡后H2O(g)的物质的量分数是=nH2O/n总，利用盖斯定律①-②可得到正确的热化学方程式。
（1）在一恒温、恒容密闭容器中充入2molCO2和6molH2，从图像可知，CO2的初始浓度为1mol/L，则体积=n/v=2/1=2L，
故答案为：2L；
（2）当各物质的浓度不再随时间的变化而变化，而反应处于平衡状态，由图像可知，3min后CO2和CH3OH的浓度还在发生变化，10min后，CO2和CH3OH的浓度不发生变化，故3min是未平衡状态，10min为平衡状态，
故答案为：3；
（3）由图可知，在第3min时，根据v=
可知二氧化碳反应速率，二氧化碳与氢气的速率之比等于它们的计量数之比，可算出氢气的反应速率；根据图像可知，vCO2==
=0.075 mol/(L·min)，根据反应CO2(g)+3H2(g)=CH3OH(g)+H2O(g)，二氧化碳的氢气的速率之比等于1：3，故vCO2：vH2=1：3，vH2==3vCO2=3×0.075 mol/(L·min)=0.225 mol/(L·min)，
故答案为：0.225 mol/(L·min)；
（4）列出三段式 CO2(g)+3H2(g)=CH3OH(g)+H2O(g)
始 mol/L 1 3 0 0
变 mol/L 0.75 2.25 0.75 0.75
平 mol/L 0.25 0.75 0.75 0.75
10min后达到平衡，10min时体系的压强与开始时压强之比为
=，
故答案为：；
（5）达平衡后H2O(g)的物质的量分数=
=
=30%，
故答案为：30%；
（6）已知：①CO(g)+2H2(g)=CH3OH(g) △H1=-90.1kJ/mol，②CO(g)+H2O(g)=CO2(g)+H2(g）△H2=-41.1kJ/mol，利用盖斯律①-②得到CO2(g)+3H2(g)=CH3OH(g)+H2O(g) △H=△H1-（△H2）=-90.1+41.1=-49 kJ/mol，1molCO2完全反应生成放出49 kJ的热量，而题目所给的2molCO2完全反应，则放出的热量98 kJ的热量，
故答案为：CO2(g)+3H2(g)=CH3OH(g)+H2O(g) △H =-49 kJ/mol；98 kJ。
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(1)CO2催化加氢制甲醇的有关反应及其在不同温度下的化学平衡常数如下表所示。
化学反应 | 平衡常数 | ||
500℃ | 700℃ | 800℃ | |
Ⅰ.H2(g)+CO2(g) H2O(g)+CO(g) | 1.0 | 1.70 | 2.52 |
Ⅱ.2H2(g)+CO(g) CH3OH(g) | 2.5 | 0.34 | 0.15 |
Ⅲ.3H2(g)+CO2(g) CH3OH(g)+H2O(g) ΔH | |||
①ΔH___0(填“＞”、“＜”或“＝”)。
②已知反应Ⅲ的速率方程式：υ正=k正·c3(H2)·c(CO2)，υ逆=k逆·c(CH3OH)·c(H2O)，k正、k逆为速率常数。反应达到平衡后，仅升高温度，k正增大的倍数___k逆增大的倍数(填“大于”、“小于”或“等于”)。
③500℃时，向恒容的密闭容器中加入1molCO2和1molH2，控制反应条件只发生反应Ⅰ。达到平衡后，只改变下列条件，能使CO的平衡体积分数增大的是___(填选项字母)。
A.增大压强 B.降低温度 C.再通入等物质的量CO2和H2 D.分离出部分水
(2)在200℃时，向5L带气压计的恒容密闭容器中通入2molCO2和2molCH4发生反应CH4(g)+CO2(g)2H2(g)+2CO(g)，测得初始压强为P0kPa，反应过程中容器内总压强(P)随时间(t)变化(反应达到平衡时的温度与起始温度相同)如图所示。
①该反应过程中从0min到2min压强变化原因是___。
②0～4min内，反应的平均反应速率υ(CO2)=___。
③用平衡分压代替平衡浓度表示的化学平衡常数Kp=___。[气体分压(p分)=气体总压(p总)×气体体积分数]
(3)科学家提出利用CO2与CH4制备“合成气”(CO、H2)可能的反应历程如图所示。
注：C(ads)为吸附性活性炭，方框内包含微粒种类及数目、微粒的相对总能量[如第一个方框中1个CH4(g)+1个CO2(g)的相对总能量为E1eV，单位：eV]。其中，TS表示过渡态。
①CH4(g)+CO2(g) 2H2(g)+2CO(g)ΔH=___kJ·mol-1(已知：1eV=1.6×10-22kJ)
②若E4+E1＜E3+E2，则决定制备“合成气”反应速率的反应方程式为___。
