Question

由化学工业出版社2013年出版的《甲醇工艺学》介绍，工业上可利用CO或CO₂来生产燃料甲醇．相关数据如下表所示：

化学反应	平衡常数	温度℃
		500	700	800
①2H2（g）+CO（g）?CH3OH（g）△H1 ②H2（g）+CO2（g）?H2O（g）+CO（g）△H2 ③3H2（g）+CO2（g）?CH3OH（g）+H2O（g）△H3	K1K2 K3	2.51.0	0.341.70	0.152.52

请回答下列问题：
（1）反应①是

 

（填“吸热”或“放热”）反应．
（2）上述三个反应中△H₁、△H₂、△H₃的关系式为

 

．
（3）判断反应③的△H-T△S

 

0．
（4）反应③是在恒容密闭等温条件下，当反应达到平衡时，H₂的物质的量浓度为c₁，然后向容器中再加入一定量的H₂，待反应再一次达到平衡后，H₂的物质的量浓度为c₂．则是c₁

 

c₂的关系．（填＞、＜、=）．
（5）CO₂（g）+3H₂（g）=CH₃OH（g）+H₂O（g）△H₃=-a kJ/mol．下列措施中能使

n(CH3OH)

n(CO2)

增大的是

 

（填写序号）．
a．升高温度　　　　　　　　　　　　b．充入He（g），使体系压强增大
c．将H₂O（g）从体系中分离        d．再充入1mol CH₃OH（g）
（6）500℃，反应CO₂（g）+3H₂（g）═CH₃OH（g）+H₂O（g），△H₃=-a kJ/mol．在1L密闭容器中充入
1mol CO₂、3mol H₂，平衡后热量变化为Q kJ，CO₂的转化率为

 

．

Answer 1

考点：反应热和焓变,化学平衡的影响因素,化学平衡的计算

专题：化学反应中的能量变化,化学平衡专题

分析：（1）依据图表数据随温度变化分析判断，升温平衡常数越小，说明平衡逆向进行；
（2）依据热化学方程式结合盖斯定律计算分析焓变关系；
（3）依据平衡常数随温度升高减小分析，正反应方向是吸热反应，气体体积减少的反应分析；
（4）恒容密闭容器、反应后整个体系的压强比之前来说减小了，加入氢气虽然正向移动，但是CO₂（g）浓度较小、CH₃OH（g） 浓度增大、H₂O（g）浓度增大，且平衡常数不变；
（5）根据勒夏特列原理，平衡移动只能减弱其变化趋势，所以加入CH₃OH，平衡虽然逆向移动，但只是减弱了甲醇的增大趋势，最后还是增大了；
（6）依据热化学方程式定量关系计算．

解答： 解：（1）温度越高，平衡常数越小，说明平衡左移，则反应①是放热反应，故答案为：放热；
（2）①2H₂（g）+CO（g）?CH₃OH（g）△H₁
②H₂（g）+CO₂（g）?H₂O（g）+CO（g）△H₂
③3H₂（g）+CO₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）△H₃
由盖斯定律推导，①=③-②，所以焓变关系为△H₁=△H₃-△H₂，
故答案为：△H₁=△H₃-△H₂；
（3）反应③3H₂（g）+CO₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g），平衡常数随温度升高减小，正反应方向是吸热反应△H＞0，反应是气体体积减少的反应，是一个熵减反应△S＜0，所以△H-T△S＞0，
故答案为：＞；
（4）若是恒容密闭容器、反应后整个体系的压强比之前来说减小了，加入氢气虽然正向移动，但是CO₂（g）浓度较小、CH₃OH（g） 浓度增大、H₂O（g）浓度增大，且平衡常数不变达到平衡时H₂的物质的量浓度一定增大，故c₁＜c₂，
故答案为：＜；
（5）a．CO₂（g）+3H₂（g）=CH₃OH（g）+H₂O（g）△H₃=-a kJ/mol．反应特征是气体体积减小的放热反应；根据勒夏特列原理分析a．升高温度平衡逆向进行，

c(CH3OH)

c(CO2)

减小，故a不符合；　　　　　　　　　　
b．充入He（g），使体系压强增大，分压不变，平衡不动，故b不符合；
c．将H₂O（g）从体系中分离，平衡正向进行，

c(CH3OH)

c(CO2)

比值增大，故c符合；     
d．再充入1mol CH₃OH（g），平衡移动只能减弱其变化趋势，所以加入CH₃OH，平衡虽然逆向移动，但只是减弱了甲醇的增大趋势，最后还是增大了，故d符合；
故答案为：cd；
（6）500℃，反应CO₂（g）+3H₂（g）═CH₃OH（g）+H₂O（g），△H₃=-a kJ/mol，表示1 mol CO₂、3 mol H₂完全反应时放出的热量是a kJ，实际情况是平衡后热量变化为Q₁ kJ，二氧化碳的转化率=

Q a

1

×100%=

Q

a

×100%，也就是反应进行到

Q

a

程度，
故答案为：

Q

a

．

点评：本题考查了热化学方程式书写和盖斯定律的计算应用，化学平衡影响因素分析，平衡移动原理是解题关键，题目难度中等．