Question

Ⅰ．如何降低大气中CO₂的含量及有效利用CO₂，目前已引起各国普遍重视．
（1）工业上有一种方法是用CO₂来生产燃料甲醇．为探究反应原理，现进行如下实验，在体积为1L的密闭容器中，充入1mol CO₂和3mol H₂，在500℃下发生反应：CO₂（g）+3H₂（g） 

催化剂

加热、加压

  CH₃OH（g）+H₂O（g）．实验测得CO₂（g）和CH₃OH（g）的浓度随时间变化如图1所示．

①从反应开始到平衡，氢气的平均反应速率v（H₂）=

 

；
②图2是改变温度时H₂的化学反应速率随时间变化的示意图，则该反应的正反应是

 

热（填“吸”或“放”）反应．
③该反应的平衡常数K为

 

（保留两位小数）．若提高温度到800℃进行，达平衡时，K值

 

（填“增大”、“减小”或“不变”），
④500℃达平衡时，CH₃OH的体积分数ω为

 

．
Ⅱ．（2）工业上可利用煤的气化产物（CO和H₂）合成二甲醚（CH₃OCH₃），其三步反应如下：
①2H₂ （g）+CO（g）═CH₃OH （g）△H=-90.8kJ?mol^-1
②2CH₃OH（g）═CH₃OCH₃（g）+H₂O（g）△H=-23.5kJ?mol^-1
③CO（g）+H₂O（g）═CO₂ （g）+H₂（g）△H=-41.3kJ?mol^-1
（3）总合成反应的热化学方程式为

 

．
（4）一定条件下的密闭容器中，上述总反应达到平衡时，要提高CO的转化率，可以采取的措施是

 

（填字母代号）．
A．高温高压       B．加入催化剂      C．减少CO₂的浓度
D．增加CO的浓度  E．分离出二甲醚
（5）已知反应②2CH₃OH（g）═CH₃OCH₃（g）+H₂O（g）在某温度下的平衡常数K=400．此温度下，在密闭容器中加入CH₃OH，反应到某时刻测得各组分的浓度如下：

物质	CH3OH	CH3OCH3	H2O
c/mol?L-1	0.44	0.60	0.60

此时，v （正）

 

 v （逆） （填“＞”、“＜”或“=”）．

Answer 1

考点：物质的量或浓度随时间的变化曲线,用盖斯定律进行有关反应热的计算,用化学平衡常数进行计算,化学平衡的影响因素

专题：

分析：（1）①由图可知，10min到达平衡，平衡时甲醇的浓度变化为0.75mol/L，由方程式可知氢气的浓度变化等于甲醇的浓度变化量3倍为2.25mol/L；
②升高温度平衡向吸热反应方向移动；
③根据平衡常数等于生成物的浓度幂之积除以反应物的浓度幂之积计算；
④先根据浓度变化计算平衡时各物质的浓度，CH₃OH的体积分数等于甲醇的物质的量浓度与总物质的量浓度之比；
（3）依据盖斯定律解答，从待求反应出发，分析已知反应的反应物和生成物，通过相互加减得到待求反应；
（4）提高转化率，需使平衡向正向移动，利用勒夏特列原理分析；
（5）利用K与Qc的相对大小解决第一问；用三段式法求得第二问．

解答： 解：①由图可知，10min到达平衡，平衡时甲醇的浓度变化为0.75mol/L，由方程式CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O可知，氢气的浓度变化等于甲醇的浓度变化量为0.75mol/L×3=2.25mol/L，故v（H₂）=

2.25mol/L

10min

=0.225mol/（L?mon），故答案为：0.225；
②根据图象知，升高温度，逆反应速率大于正反应速率，平衡向逆反应方向移动，则正反应是放热反应故答案为：放；
③利用三段式解题法计算    
             CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g），
开始（mol/L）：1        3                0           0
变化（mol/L）：0.75     2.25             0.75       0.75 
平衡（mol/L）：0.25    0.75              0.75       0.75
平衡常数等于生成物的浓度幂之积除以反应物的浓度幂之积，则K=

c(CH3OH)c(H2O)

c(CO2)c3(H2)

=

0.75×0.75

0.25×0.753

=5.33，提高温度到800℃进行，达平衡时，平衡逆向移动，平衡常数减小，
故答案为：5.33；减小．
④开始时c（CO₂）=1mol/L、c（H₂）=3mol/L，平衡时c（CO₂）=0.25mol/L，c（CH₃OH）=c（H₂O）=0.75mol/L，则c（H₂）=3mol/L-0.75mol/L×3=0.75mol/L，CH₃OH的体积分数等于甲醇的物质的量浓度与总物质的量浓度之比，所以甲醇的体积分数=

0.75mol/L

(0.25+0.75+0.75+0.75)mol/L

×100%=30%，故答案为：30%；
（3）已知
①2H₂（g）+CO（g）?CH₃OH （g）△H=-90.8kJ?mol^-1
②2CH₃OH（g）?CH₃OCH₃（g）+H₂O（g）△H=-23.5kJ?mol^-1
③CO（g）+H₂O（g）?CO₂（g）+H₂（g）△H=-41.3kJ?mol^-1
据盖斯定律，①×2+②+③得：3H₂（g）+3CO（g）?CH₃OCH₃（g）+CO₂（g）△H=-246.4 kJ?mol^-1
故答案为：3H₂（g）+3CO（g）?CH₃OCH₃（g）+CO₂（g）△H=-246.4 kJ?mol；
（2）A、因△H＜0，升温时平衡逆向移动，CO的转化率降低，故A错误；
B、加入催化剂能同等程度地加快正逆反应速率，平衡不发生移动，故B错误；
C、减少生成物的浓度，平衡正向移动，能增大CO的转化率，故C正确；
D、增大CO的浓度，平衡虽然正向移动，但CO的转化率降低，故D错误；
E、减少生成物的浓度，平衡正向移动，能增大CO的转化率，故E正确；
故答案为：CE；
（3）此时的Qc=

c(CO2)×c(CH3OCH3)

c2(CH3OH)

=

0.6×0.6

0.442

=1.86＜K=400，故未达到平衡，反应向正向进行，v（正）＞v（逆），故答案为：＞．

点评：本题考查较为综合，涉及化学平衡计算以及平衡移动和盖斯定律的计算应用等问题，化学平衡的影响因素分析判断，平衡常数的计算应用，注意平衡常数随温度变化，题目难度中等．