Question

2．实现“节能减排”和“低碳经济”的一项重要课题就是如何将CO₂转化为可利用的资源．
Ⅰ．目前工业上有一种方法是用CO₂与H₂来生产燃料甲醇．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变化：

（1）关于该反应的下列说法中，正确的是C（填字母）．
A．△H＞0，△S＞0           B．△H＞0，△S＜0
C．△H＜0，△S＜0           D．△H＜0，△S＞0
（2）为探究反应原理，现进行如下实验，在体积为l L的密闭容器中，充入l mol CO₂和4mol H₂，一定条件下发生反应：CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g），测得CO₂和CH₃OH（g）的浓度随时间变化如图2所示．
①从反应开始到平衡，CO₂的平均反应速率v（CO₂）=0.075mol/（L•min）．
②H₂的平衡转化率为56.25%．
③下列措施中能使化学平衡向正反应方向移动的是B（填字母）．
A．升高温度        B．将CH₃OH（g）及时液化抽出       C．选择高效催化剂
Ⅱ．在一定体积的密闭容器中，进行如下化学反应CO₂（g）+H₂（g）?CO（g）+H₂O（g），其中化学平衡常数K和温度的关系如表：

t/℃	700	800	830	1 000	1 200
K	0.6	0.9	1.0	1.7	2.6

（1）该反应的平衡常数表达式K=$\frac{c（CO）•c（{H}_{2}O）}{c（C{O}_{2}）•c（{H}_{2}）}$．此反应为吸热反应（填“放热”或“吸热”）
（2）在830℃下，在10L容器中含有1molCO₂、1.2molH₂、0.75molCO、1.5molH₂O，则此时反应v（N₂）_正＞ v（N₂）_逆（填“＞”、“＜”、“=”），对此反应状态的描述正确的为B（填下列序号）
A．恰好处于平衡状态     B．向正反应方向进行      C．向逆反应方向进行．

Answer 1

分析 I．（1）正反应气体的物质的量减少，混乱度减小；由于反应物能量高于生成物的能量，反应是放热反应；
（2）二氧化碳是反应物，随反应进行浓度减小，甲醇是生成物，随反应进行浓度增大，10nim内达到平衡，生成甲醇浓度为0.75mol/L，二氧化碳浓度变化了0.75mol/L，则：
               CO₂（g）+3H₂（g）═CH₃OH（g）+H₂O（g）
起始量（mol/L）：1       4         0        0
变化量（mol/L）：0.75    2.25      0.75     0.75
平衡量（mol/L）：0.25    1.75      0.75     0.75
①根据c=$\frac{△c}{△t}$计算v（CO₂）；
②氢气转化率=$\frac{氢气浓度变化量}{氢气起始浓度}$×100%；
③A．反应是放热反应，升温平衡逆向进行；
B．将CH₃OH（g）及时液化抽出，减小生成物的量平衡正向进行；
C．选择高效催化剂只能改变速率，不改变化学平衡；
Ⅱ．（1）化学平衡常数是指：一定温度下，可逆反应到达平衡时，生成物的浓度系数次幂之积与反应物的浓度系数次幂之积的比，固体、纯液体不需要在化学平衡常数中写出；
由表中数据可知，温度越高平衡常数越大，说明升高温度平衡向正反应移动；
（2）计算此时浓度商Qc，若Qc=K，处于平衡状态，若Qc＜K，反应向正反应进行，若Qc＞K，反应向逆反应进行，进而判断v（N₂）_正、v（N₂）_逆相对大小．

解答 解：（1）正反应气体的物质的量减少，混乱度减小，故△S＜0；由于反应物能量高于生成物的能量，反应是放热反应，则△H＜0，
故选：C；
（2）二氧化碳是反应物，随反应进行浓度减小，甲醇是生成物，随反应进行浓度增大，10nim内达到平衡，生成甲醇浓度为0.75mol/L，二氧化碳浓度变化了0.75mol/L，则：
               CO₂（g）+3H₂（g）═CH₃OH（g）+H₂O（g）
起始量（mol/L）：1        4         0        0
变化量（mol/L）：0.75     2.25      0.75     0.75
平衡量（mol/L）：0.25     1.75      0.75     0.75
①则v（CO₂）=$\frac{0.75mol}{10min}$=0.075mol/（L•min），故答案为：0.075mol/（L•min）；
②氢气的转化率=$\frac{2.25mol/L}{4mol/L}$×100%=56.25%，故答案为：56.25%；
③A．反应是放热反应，升温平衡逆向进行，故A错误；
B．将CH₃OH（g）及时液化抽出，减小生成物的量平衡正向进行，故B正确；
C．选择高效催化剂只能改变速率，不改变化学平衡，故C错误；
故选：B；
Ⅱ．（1）CO₂（g）+H₂（g）?CO（g）+H₂O（g）的平衡常数表达式K=$\frac{c（CO）•c（{H}_{2}O）}{c（C{O}_{2}）•c（{H}_{2}）}$，
由表中数据可知，温度越高平衡常数越大，说明升高温度平衡向正反应移动，则正反应为吸热反应，
故答案为：$\frac{c（CO）•c（{H}_{2}O）}{c（C{O}_{2}）•c（{H}_{2}）}$；吸热；
（2）反应气体气体物质的量不变，可以用物质的量代替浓度计算浓度商，则浓度商Qc=$\frac{0.75×1.5}{1×1.2}$=0.9375＜K=1，反应向正反应进行，则v（N₂）_正＞v（N₂）_逆，
故答案为：＞；B．

点评 本题考查化学平衡计算、平衡常数、反应中能量变化等，理解掌握根据浓度商与平衡常数关系判断反应进行方向．