Question

【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=－49.58kJ·mo1－1

反应Ⅱ：CO2(g)+H2(g) CO(g)+H2O(g) △H2

反应Ⅲ：CO(g)+2H2(g) CH3OH(g) △H3=-90.77 kJ·mo1－1

回答下列问题：

(1)反应Ⅱ的△H2=__________。

(2)反应Ⅲ能够自发进行的条件是__________(填“较低温度”、“较高温度”或“任何温度”)。

(3)恒温，恒容密闭容器中，对于反应I，下列说法中能说明该反应达到化学平衡状态的是__________。

A.混合气体的密度不再变化

B.混合气体的平均相对分子质量不再变化

C.CO2、H2、CH3OH、H2O的物质的量之比为1︰3︰1︰1

D.甲醇的百分含量不再变化

(4)对于反应I，温度对CO2的转化率及催化剂的效率影响如图所示：

①下列有关说法不正确的是_______________

A.其他条件不变，若不使用催化剂，则250℃时CO2的平衡转化率可能位于M1

B.温度低于250℃时，随温度升高甲醇的产率增大

C.M点时平衡常数比N点时平衡常数大

D.实际反应应尽可能在较低的温度下进行，以提高CO2的转化率

②若在1L密闭容器中充入3molH2和1 molCO2发生反应I，250℃时反应的平衡常数K=__________(保留3位小数)；若要进一步提高甲醇体积分数，可采取的措施有__________。

Answer 1

【答案】+41.19 kJ·mo1－1 较低温度 BD ABD 0.148 增大压强（降低温度）

【解析】

（1）根据盖斯定律：Ⅱ=I-Ⅲ得反应Ⅱ的△H2。

（2）△G=△H-T△S<0时，反应能够自发进行，该反应的△S<0，△H<0，当温度较低时，反应Ⅲ能够自发进行。

（3）A. 由于气体的质量、体积不变，则无论是否达到平衡状态，混合气体的密度都不变化，不能作为判断是否平衡的依据。

B. 反应前后气体的物质的量不等，混合气体的平均相对分子质量不再变化，可说明气体的物质的量不再变化，说明达到平衡状态。

C. 平衡常数未知，CO2、H2、CH3OH、H2O的物质的量之比为1:3:1:1 ，不能判断是否达到平衡状态。

D. 甲醇的百分含量不再变化，可说明达到平衡状态。

（4）①反应I：CO2(g)+3H2(g) CH3OH(g)+H2O(g) △H1=－49.58kJ·mo1－1

A.由图像可知，其他条件不变，若不使用催化剂，则250℃时CO2的平衡转化率一定位于M。

B.温度低于250℃时，随温度升高二氧化碳转化量降低，甲醇的产率减小。

C.平衡常数只与温度有关，M点温度低于N点温度，温度高，平衡逆向移动，则M点时平衡常数比N点时平衡常数大。

D.根据图像可知，催化剂催化效率在250℃左右最高，实际反应应控制温度在250℃左右。

②根据三段式计算。

（1）反应I：CO2(g)+3H2(g) CH3OH(g)+H2O(g) △H1=－49.58kJ·mo1－1

反应Ⅱ：CO2(g)+H2(g) CO(g)+H2O(g) △H2

反应Ⅲ：CO(g)+2H2(g) CH3OH(g) △H3=-90.77 kJ·mo1－1

根据盖斯定律：Ⅱ=I-Ⅲ得反应Ⅱ的△H2=+41.19 kJ·mo1－1，故答案为：+41.19 kJ·mo1－1。

（2）△G=△H-T△S<0时，反应能够自发进行，该反应的△S<0，△H<0，当温度较低时，反应Ⅲ能够自发进行，故答案为：较低温度。

（3）A. 由于气体的质量、体积不变，则无论是否达到平衡状态，混合气体的密度都不变化，不能作为判断是否平衡的依据，故A错误；

B. 反应前后气体的物质的量不等，混合气体的平均相对分子质量不再变化，可说明气体的物质的量不再变化，说明达到平衡状态，故B正确；

C. 平衡常数未知，CO2、H2、CH3OH、H2O的物质的量之比为1:3:1:1 ，不能判断是否达到平衡状态，故C错误；

D. 甲醇的百分含量不再变化，可说明达到平衡状态，故D正确。

故选BD。

（4）①反应I：CO2(g)+3H2(g) CH3OH(g)+H2O(g) △H1=－49.58kJ·mo1－1

A.由图像可知，其他条件不变，若不使用催化剂，不会改变平衡状态，二氧化硫的平衡转化率不变，则250℃时CO2的平衡转化率一定位于M，故A错误；

B.温度低于250℃时，随温度升高二氧化碳转化量降低，甲醇的产率减小，故B错误；

C.平衡常数只与温度有关，由于该反应正反应方向是放热反应，M点温度低于N点温度，温度升高，平衡逆向移动，则M点时平衡常数比N点时平衡常数大，故C正确；

D.根据图像可知，催化剂催化效率在250℃左右最高，实际反应应控制温度在250℃左右，故D错误；

故选ABD。

② M点二氧化碳的转化率是50％，

CO2(g)+3H2(g) CH3OH(g)+H2O(g) △H1=－49.58kJ·mo1－1

起始量（mol） 1 3 0 0

变化量（mol）0.5 1.5 0.5 0.5

平衡量（mol）0.5 1.5 0.5 0.5

体积为1L，K=0.5×0.5/0.5×1.53=0.148，反应后气体体积减小，若要进一步提高甲醇体积分数，可采取的措施有增大压强或降低温度，平衡正向移动，故答案为：0.148；增大压强（降低温度）。