题目内容
【题目】甲醇是一种可再生能源，由CO2制备甲醇的过程可能涉及的反应如下：
反应Ⅰ：CO2(g)+3H2(g)
CH3OH(g)+H2O(g) △H1=－49.58 kJmol－1
反应Ⅱ：CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g) △H2
反应Ⅲ：CO(g)+2H2(g)CH3OH(g) △H3=－90.77 kJmol－1
回答下列问题：
（1）反应Ⅱ的△H2=__________，若反应Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ平衡常数分别为K1、K2、K3，则K2=________（用K1、K3表示）。
（2）反应Ⅲ自发进行条件是___________（填“较低温度”、“较高温度”或“任何温度”）。
（3）在一定条件下2 L恒容密闭容器中充入3 mol H2和1.5 mol CO2，仅发生反应Ⅰ，实验测得不同反应温度与体系中CO2的平衡转化率的关系，如下表所示。
温度（℃） | 500 | T |
CO2的平衡转化率 | 60℅ | 40℅ |
①T______500℃(填“高于”或“低于”)。
②温度为500℃时，该反应10 min时达到平衡：
a．用H2表示该反应的速率为____________________；
b．该温度下，反应I的平衡常数K=______________。
（4）某研究小组将一定量的H2和CO2充入恒容密闭容器中并加入合适的催化剂（发生反应I、Ⅱ、Ⅲ），测得不同温度下体系达到平衡时CO2的转化率（a）及CH3OH的产率（b），如图所示。
①该反应达到平衡后，为同时提高反应速率和甲醇的生成量，以下措施一定可行的是_____（选填编号）。
A．升高温度 B．缩小容器体积 C．分离出甲醇 D．增加CO2的浓度
②据图可知当温度高于260℃后，CO的浓度随着温度的升高而_________（填“增大”、“减小”、“不变”或“无法判断”）。
【答案】（1）+41.19kJmol－1（2分）K1/K3（2分）（2）较低温度（1分）
（3）高于（1分） 0.135mol·L－1·min－1200 L2/mol2
（4）BD（2分，少选扣1分，错选或多选不给分） 增大（2分）
【解析】试题分析：（1）根据盖斯定律计算反应热；依据平衡常数的表达式判断。
（2）根据反应自发性的条件结合方程式分析。
（3）①根据温度对转化率的影响分析。
②根据转化率结合三段式计算反应速率和平衡常数。
（4）①根据外界条件对反应速率和平衡状态的影响分析；
②根据图像变化趋势结合反应方程式分析判断。
解析：（1）反应Ⅰ：CO2(g)+3H2(g)
CH3OH(g)+H2O(g) △H1=－49.58 kJmol－1
反应Ⅱ：CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g) △H2
反应Ⅲ：CO(g)+2H2(g)CH3OH(g) △H3=－90.77 kJmol－1
则根据盖斯定律可知反应Ⅱ=反应Ⅰ-反应Ⅲ，因此△H2=△H1-△H3=49.58kJmol-1）-（-90.77kJmol-1）=+41.19 kJmol-1；若反应Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ平衡常数分别为K1、K2、K3，则K2=K1/K3。
（2）根据方程式可知反应Ⅲ为熵减的反应，△S＜0，反应自发进行，则△G=△H-T△S＜0，故要自发进行需要在较低温度下进行；
（3）①反应I是放热反应，升高温度平衡向逆反应方向进行，反应物转化率降低，则T高于500℃。
② CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)
起始浓度（mol/L） 0.75 1.5 0 0
转化浓度（mol/L） 0.45 1.35 0.45 0.45
平衡浓度（mol/L） 0.3 0.15 0.45 0.45
a．用H2表示该反应的速率为1.35mol/L÷10min＝0.135 mol·L－1·min－1；
b．化学平衡常数是在一定条件下，当可逆反应达到平衡状态时，生成物浓度的幂之积和反应物浓度的幂之积的比值，因此根据方程式可知该温度下，反应I的平衡常数K=
＝200 L2/ mol2。
（4）①A．升高温度，加快反应速率，正反应为放热反应，平衡逆向移动，甲醇生产量减小，A错误；B．缩小容器体积，增大压强，加快反应速率，平衡正向移动，甲醇生产量增大，B正确；C．分离出甲醇，平衡正向移动，甲醇生产量增大，但反应速率减慢，C错误；D．增加CO2的浓度，可以加快反应速率且使得平衡正向移动，甲醇生产量增大，D正确，答案选BD；
②反应I、反应III均为放热反应，温度升高不利于CO2、CO转化为甲醇，反应II为吸热反应，温度升高使更多的CO2转化为CO，所以当温度高于260℃后，CO的浓度一定增大。
