Question

【题目】I．研究CO2、CO的利用对促进低碳社会的构建具有重要意义，CO2、CO都可用于合成甲醇。CO2用于合成甲醇的热化学方程式为：CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g) △H

①该反应的平衡常数表达式为K=____________________。

②取一定体积CO2和H2的混合气体（物质的量之比为1∶3），加入恒容密闭容器中发生上述反应，反应过程中测得甲醇的体积分数φ(CH3OH)与反应温度T的关系如右图所示，则该反应的ΔH_______0（填“>”、“<”或“＝”）。

Ⅱ.甲醇是结构最为简单的饱和一元醇，又称“木醇”或“木精”。甲醇是一碳化学基础的原料和优质的燃料，主要应用于精细化工、塑料、能源等领域。

已知甲醇制备的有关化学反应如下

反应①：CO（g）+2H2（g）=CH3OH（g） △H1=﹣90.77kJmol—1

反应②：CO2（g）+H2（g）=CO（g）+H2O（g） △H2=+41.19kJmol—1

反应③：CO2（g）+3H2（g）=CH3OH（g）+H2O（g） △H3

（1）反应③的△H3=__________________。

（2）若500℃时三个反应的平衡常数依次为K1、K2与K3，则K3=_____（用K1、K2表示）。已知500℃时K1、K2的值分别为2.5、1.0，并测得该温度下反应③在某时刻，H2（g）、CO2（g）、CH3OH（g）、H2O （g）的浓度（mol/L）分别为0.8、0.1、0.3、0.15，则此时 V正_____ V逆（填“＞”、“=”或“＜”）．

（3）在3L容积可变的密闭容器中发生反应②，c（CO）随反应时间t变化如图中曲线Ⅰ所示。若在t0时刻分别改变一个条件，曲线Ⅰ变为曲线Ⅱ和曲线Ⅲ。

当曲线Ⅰ变为曲线Ⅱ时，改变的条件是_______。当通过改变压强使曲线Ⅰ变为曲线Ⅲ时，曲线Ⅲ达到平衡时容器的体积为___________________。

Answer 1

【答案】 ＜ -49.58 kJmol—1 K1K2 ＞ 加入催化剂 2L

【解析】I．①平衡常数等于生成物的浓度系数次幂之积除以反应物浓度系数次幂之积；CO2(g)+3H2(g) CH3OH(g)+H2O(g)的平衡常数K= ；

②根据图象可知达到平衡后，温度越高，甲醇的体积分数φ(CH3OH)越小，说明升高温度平衡逆移，则正反应方向为放热反应，△H<0，故答案为：＜；

Ⅱ.（1）根据盖斯定律：③=①+②，得反应③的△H3= -49.58 kJmol—1；

（2）反应③=①+②，则K3=K1·K2；已知500℃时K1、K2的值分别为2.5、1.0，则K3= 2.5，该温度下反应③在某时刻，Qc= ==0.9＜K3，反应正向进行,此时V正＞V逆。故答案为：K1·K2；＞；

（3）分析图象知，t0时刻改变一个条件，曲线I变为曲线II，CO的平衡浓度没有变化，而达平衡的时间缩短，则改变的条件是加入催化剂；反应②为反应前后气体数目不变的反应，改变压强，平衡不移动，曲线I变为曲线III时,n（CO）=0.3×3mol=0.9mol，CO的浓度由0.3mol/L变为0.45mol/L，容器的体积由3L缩小2L。故答案为：加入催化剂；2L。