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

练习册系列答案
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已知:25 ℃,101 KPa下:
H2(g)+1/2 O2(g)=H2O(g)  Δ H1=" -242" kJ/mol
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写出CO2和H2生成气态甲醇等产物的热化学方程式          
下面表示合成甲醇的反应的能量变化示意图,其中正确的是     (填字母序号)。

a                    b                   c                   d
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上述反应符合“原子经济”原则的是                  (填“I”或“Ⅱ”)。
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② 2CO (g)+ O2(g) = 2CO2(g)  ΔH =-566.0 kJ/mol
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则CH3OH(l)+ O2(g) = CO(g) + 2H2O(l) ΔH               
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2I2(s)+5O2(g)=2I2O5(s)         △H=-75.56  kJ·mol-1
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(2)一定条件下,NO2与SO2反应生成SO3和NO两种气体:NO2(g)+SO2(g)SO3(g)+NO(g)将体积比为1∶2的NO2、SO2气体置于密闭容器中发生上述反应,下列能说明反应达到平衡状态的是                     
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(3)从脱硝、脱硫后的烟气中获取二氧化碳,用二氧化碳合成甲醇是碳减排的新方向。将CO2转化为甲醇的热化学方程式为:CO2  (g)+3H2(g)  CH3OH(g)+H2O(g)   △H3
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②在容积为1L的恒温密闭容器中充入1molCO2和3molH2,进行上述反应。测得CO2和CH3OH(g)的浓度随时间变化如下左图所示。若在上述平衡体系中再充0.5molCO2和1.5mol水蒸气(保持温度不变),则此平衡将                       移动(填“向正反应方向”、“不”或“逆反应方向”)。
         
③直接甲醇燃料电池结构如上右图所示。其工作时负极电极反应式可表示为                      

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