Question

【题目】发展洁净煤技术、利用CO2制备清洁能源等都是实现减碳排放的重要途径。

（1）将煤转化成水煤气的反应：C(s)＋H2O(g)CO(g)＋H2(g)可有效提高能源利用率，若在上述反应体系中加入催化剂(其他条件保持不变)，此反应的△H______（填“增大”、“减小”或“不变”），判断的理由是________。

（2）CO2制备甲醇：CO2(g)＋3H2(g)CH3OH(g)＋H2O(g)ΔH＝-49.0 kJ·mol-1，在体积为1 L的密闭容器中，充入1 mol CO2和3 mol H2，测得CO2(g)和CH3OH(g)浓度随时间变化如图所示。

① 该反应化学平衡常数K的表达式是____________________。

②0~9min时间内，该反应的平均反应速率ν(H2) =_______。

③在相同条件下，密闭容器的体积缩小至0.5 L时，此反应达平衡时放出的热量(Q)可能是________（填字母序号）kJ。

a. 0< Q <29.5 b. 29.5< Q <36.75 c. 36.75< Q <49 d. 49< Q <98

④在一定条件下，体系中CO2的平衡转化率（α）与L和 X的关系如图所示，L和X分别表示温度或压强。

i. X表示的物理量是：_____________。

ii. 判断L1与L2的大小关系，并简述理由：_______________________。

Answer 1

【答案】 不变 加入催化剂反应物和生成物的总能量不变 K= 0.25molL-1min-1 c 温度 L1>L2，温度一定时，增大压强，CO2平衡转化率增大

【解析】(1)将煤转化成水煤气的反应：C(s)+H2OCO2(g)+H2(g)可有效提高能源利用率，若在上述反应体系中加入催化剂(其他条件保持不变)，催化剂改变反应速率不改变化学平衡，不改变反应焓变，此反应的△H不变；
(2)①CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)，反应的平衡常数表达式为：K=；
②图象读取甲醇生成浓度，结合反应速率概念计算甲醇的反应速率=，反应速率之比等于化学方程式计量数之比，V(H2)=3V(CH3OH(g)=3×=0.25mol/Lmin；
③CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)△H=-49.0kJmol-1，反应达到平衡状态消耗二氧化碳物质的量浓度=1mol/L-0.25mol/L=0.75mol/L，物质的量为0.75mol，反应放出热量=49KJ/mol×0.75mol=36.75KJ，反应焓变是指1mol二氧化碳和3mol氢气完全反应放出的热量为49KJ，反应是可逆反应，在体积为1L的密闭容器中，充入1molCO2和3molH2，反应放热一定小于49KJ，在相同条件下，密闭容器的体积缩小至0.5L时，压强增大，平衡正向进行，反应放出热量会增多，大于36.75KJ，则36.75＜Q＜49，故答案为c；
④CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)△H=-49.0kJmol-1，反应是气体体积减小的放热反应；

i．温度升高，平衡逆向进行，二氧化碳转化率减小，所以X为温度，L为压强；
ii．温度一定压强增大平衡正向进行二氧化碳转化率增大，所以L1＞L2。