题目内容
由于温室效应和资源短缺等问题,如何降低大气中的CO2含量并加以开发利用,引起了各国的普遍重视。目前工业上有一种方法是用CO2生产燃料甲醇。一定条件下发生反应:
CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g),图1表示该反应过程中能量(单位为kJ·mol—1)的变化。
(1)写出该反应的热化学方程式 。
(2)关于该反应的下列说法中,正确的是 。
A.△H>0,△S>0 B.△H>0,△S<0 C.△H<0,△S<0 D.△H<0,△S>0
(3)该反应的平衡常数K的表达式为: 。
(4)温度降低,平衡常数K (填“增大”、 “不变”或“减小”)。
(5)为探究反应原理,现进行如下实验:在体积为1 L的密闭容器中,充入1 molCO2和3 molH2,测得CO2和CH3OH(g)的浓度随时间变化如图2所示。从反应开始到平衡,用氢气浓度变化表示的平均反应速率v (H2)= 。
(6)下列措施中能使增大的有 。
A.升高温度
B.加入催化剂
C.将H2O(g)从体系中分离
D.体积不变,充入He(g)使体系总压强增大
(1)CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O (g) △H=-(n-m)kJ?mol?1(2分)
(2)C(1分) (3) (1分)
(4)增大(1分) (5)0.225mol/(L·min)(1分) (6)C(1分)
解析试题分析:(1)该工业方法制取甲醇原理为二氧化碳与氢气反应生成甲醇和水,根据图像可知,反应物的总能量高于生成物的总能量,因此该反应是放热反应。反应热等于反应物的总能量和生成物总能量的差值,因此该反应的热化学方程式为CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O (g) △H=-(n-m)kJ?mol?1。
(2)由图1可知,反应物的总能量高于生成物的总能量,该反应为放热反应,即△H<0;由方程式可知,该反应正反应是气体的物质的量减小的反应,故正反应为熵减过程,即△S<0,所以答案选C。
(3)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,所以根据可逆反应可逆反应CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O (g)可知,该可逆反应的平衡常数K=。
(4)该反应正反应是放热反应,降低温度平衡向正反应移动,平衡常数增大。
(5)由图2可知,10min达平衡时甲醇的浓度变化量为0.75mol/L,所以v(CH3OH)==0.075mol?L-1?min-1。又因为反应速率之比等于化学计量数之比,因此v(H2)=3v(CH3OH)=0.075mol?L-1?min-1×3=0.225mol?L-1?min-1。
(6)使增大,改变条件使平衡向正反应移动即可。但只增大二氧化碳的浓度会使该比值减小,则A、升高温度,平衡向逆反应移动,减小,故A错误;B、加入催化剂,平衡不移动,不变,故B错误;C、将H2O(g)从体系中分离,平衡向正反应移动,增大,故C正确;D、充入He(g),压强增大,但反应混合物的浓度不变,平衡不移动,不变,故D错误;答案选C。
考点:考查热化学方程式的书写、外界条件对平衡状态和平衡常数的影响、反应速率的计算等