Question

【题目】能源、环境与人类生活和社会发展密切相关，研究它们的综合利用有重要意义。

（1）二氧化碳能引起温室效应，而对二氧化碳的捕集、利用是当今世界能源领域的一个重要研究方向。工业上用CO2和H2在一定条件下反应可合成二甲醚，已知：CO2(g)+3H2(g)═CH3OH(g)+H2O(g);△H1＝-53.7kJ/mol

CH3OCH3(g)+H2O(g)═2CH3OH(g);△H2＝+23.4kJ/mol

则2CO2(g)+6H2(g)CH3OCH3(g)＋3H2O(g);△H3＝________kJ/mol

（2）在一定条件下CO2和H2充入一定固定容积的密闭容器中，在两种不同温度下发生反应：2CO2(g)+6H2(g)CH3OCH3(g)+3H2O(g)，测得CH3OCH3(g)的物质的量随时间的变化如图1所示。

①曲线I、Ⅱ对应的平衡常数大小关系为KI________KⅡ(填“＞”或“＝”或“＜”)。

②一定温度下，若此反应在恒压容器中进行，不能判断该反应达到化学平衡状态依据的是______。

a．混合气体的密度 b．CH3OCH3(g)和H2O(g)体积比不变

c．c(H2)＝2c(H2O) d．4个C＝O断裂的同时有6个H-O断裂

③一定条件下，上述合成二甲醚的反应达到平衡状态后，若改变反应的某一个条件，下列变化能说明平衡一定向正反应方向移动的是________(填代号)。

A．CO2的转化率增大 B．逆反应速率先增大后减小

C．容器中的值变大 D．平衡常数增大

（3）合成气CO和H2在一定条件下能发生如下反应：CO(g)+2H2(g)CH3OH(g);△H。

①在某压强下，合成甲醇的反应在不同温度、不同投料比时，CO的转化率如图2所示。500K温度下，将2molCO和4molH2充入2L的密闭容器中，5min后反应达到平衡状态，则0～5min内的平均反应速率v(CH3OH)＝________。

②△H________0(填“＞”或“＝”或“＜”)。

③上述合成甲醇的过程中提高CO的转化率可采取的措施有________、________（回答2点）。

Answer 1

【答案】 -130.8 ＞ bc AD 0.12mol/(L·min) ＜ 增大投料比 增大压强、降低温度等（选填任意两个）

【解析】（1）将第一个反应扩大2倍再减去第二个反应得到：2CO2(g)+6H2(g)CH3OCH3(g)＋3H2O(g)；△H3＝-130.8kJ/mol。

（2）①由图像1得到曲线Ⅰ的反应速率更慢，所以曲线Ⅰ的反应的温度更低，该反应为放热反应，温度降低K值增大，所以KI＞_KⅡ。

②该反应的所有物质都是气体，所以气体总质量不变，如果平均分子量不变，这说明气体的总物质的量不变，该反应的两边系数不等，所以总物质的量不变能说明反应已经达到平衡状态，即选项a能说明反应达平衡。CH3OCH3(g)和H2O(g)是反应的生成物，一定按照1:3的比例生成，所以其体积比不变不能说明反应达平衡，即选项b不能说明反应达平衡。c(H2)＝2c(H2O)，但是没有强调不变，有可能瞬间相等然后发生变化，所以选项c不能说明反应达平衡。4个C＝O断裂说明有2个CO2被反应，6个H-O断裂说明有3个H2O被反应，即说明正逆反应速率相等，选项d能说明反应达平衡。

③CO2的转化率升高说明有更多的CO2参与了反应，所以说明反应一定正向移动，选项A正确。如果增大反应物浓度，则逆反应速率瞬间增大，再逐渐减小，平衡逆向移动，选项B错误。取出一定量的氢气，则平衡逆向移动，体系中的值变大，选项C错误。正反应放热，平衡常数增大一定是降低了体系温度，降温平衡正向移动，选项D正确。

（3）①从图中得到：500K温度下，将2molCO和4molH2（即横坐标为2）充入2L的密闭容器中，达平衡时的CO转化率为60%，所以参与反应的CO为1.2mol，生成的甲醇也是1.2mol，速率为。

②从图中得到投料比不变时，温度越高CO的转化率越低，说明升温平衡逆向移动，正反应为放热反应，△H＜0。

③增加氢气（即增大投料比）可以提高CO的转化率；增大压强、降低温度都会使平衡正向移动，提高CO的转化率。