Question

11．甲醇是重要的化工原料，在工业生产上的应用十分广泛，二氧化碳被认为是加剧温室效应的主要来源，如何有效地开发利用CO₂引起了全世界的普遍重视．为减小和消除CO₂对环境的影响，一方面世界各国都在限制其排放量，另一方面科学家加强了对CO₂创新利用的研究．
（1）将CO₂转化成甲醇燃料是减排、环保的一种科学方法．
已知：2H₂（g）+O₂（g）=2H₂O（g）；△H=-483.6kJ•mol^-1 ①
2CO₂（g）+4H₂O（g）
2CH₃OH（g）+3O₂（g）；△H=+1352.8kJ•mol^-1②
则反应：CO₂（g）+3H₂（g）=CH₃OH（g）+H₂O（g）的△H=-49kJ•mol^-1
（2）500℃时，在体积为1L 的固定容积的密闭容器中充入1mol CO₂、3mol H₂，测得CO₂浓度与CH₃OH 浓度随时间的变化如图所示，回答下列问题：

①计算从反应开始到10min时，H₂的反应速率及该温度下反应的平衡常数．
（写出具体的计算过程）
②下列措施不能使CO₂的转化率增大的是AD．（双选）
A．在原容器中再充入lmol CO₂
B．在原容器中再充入1mol H₂
C．将反应体系温度降低
D．使用更有效的催化剂
③升高温度，800℃时，在体积为1L 的固定容积的密闭容器中充入1mol CO₂、3mol H₂，在上图中画出CH₃OH 浓度随时间变化的曲线（不需要定量计算）．

Answer 1

分析 （1）2H₂（g）+O₂（g）=2H₂O（g）；△H=-483.6kJ•mol^-1 ①
2CO₂（g）+4H₂O（g）=2CH₃OH（g）+3O₂（g）；△H=+1352.8kJ•mol^-1②
则根据盖斯定律（①×3+②）×$\frac{1}{2}$计算；
（2）①根据v=$\frac{△c}{△t}$计算v（CH₃OH），再根据速率之比等于化学计量数之比计算v（H₂）；依据图象和平衡三段式列式计算平衡浓度，结合平衡常数概念计算得到；
②A．在原容器中再充入lmolCO₂，平衡向正反应方向移动，但CO₂的转化率减小；
B．在原容器中再充入1molH₂，平衡向正反应方向移动，CO₂的转化率增大；
C．温度降低，平衡向放热反应方向移动；
D．催化剂只改变反应速率，不改变平衡移动；
③因为该反应为放热反应，所以升高温度，平衡向逆反应方向移动，则在体积为1L 的固定容积的密闭容器中充入1mol CO₂、3mol H₂时，生成的CH₃OH 浓度小于0.75mol/L．

解答 解：（1）2H₂（g）+O₂（g）=2H₂O（g）；△H=-483.6kJ•mol^-1 ①
2CO₂（g）+4H₂O（g）=2CH₃OH（g）+3O₂（g）；△H=+1352.8kJ•mol^-1②
则根据盖斯定律（①×3+②）×$\frac{1}{2}$则CO₂（g）+3H₂（g）=CH₃OH（g）+H₂O（g）；△H=（-483.6×3+1352.8）×$\frac{1}{2}$=-49 kJ•mol^-1；故答案为：-49 kJ•mol^-1；
（2）①由图可知，10min到达平衡，平衡时甲醇的浓度变化为0.75mol/L，故v（CH₃OH）=$\frac{0.75mol/L}{10min}$=0.075mol/（L．min），速率之比等于化学计量数之比，故v（H₂）=3v（CH₃OH）=0.075mol/（L．min）×3=0.225mol/（L．min），
CO₂（g）+3H₂（g）$\stackrel{一定条件}{?}$CH₃OH（g）+H₂O（g）
起始量（mol/L）     1       3               0          0
变化量（mol/L）    0.75    2.25             0.75        0.75
平衡量（mol/L）    0.25    0.75             0.75        0.75
K=$\frac{0.75×0.75}{0.25×0.75{\;}^{3}}$=5.3
答：H₂的反应速率为0.225mol/（L．min）；平衡常数为5.3；
②A．在原容器中再充入lmolCO₂，平衡向正反应方向移动，但CO₂的转化率减小，故A选；
B．在原容器中再充入1molH₂，平衡向正反应方向移动，CO₂的转化率增大，故B不选；
C．温度降低，平衡向放热反应方向移动，该反应为放热反应，所以向正反应方向移动，则CO₂的转化率增大，故C不选；
D．催化剂只改变反应速率，不改变平衡移动，所以CO₂的转化率不变，故D选；
故答案为：AD；
③因为该反应为放热反应，所以升高温度，平衡向逆反应方向移动，则在体积为1L 的固定容积的密闭容器中充入1mol CO₂、3mol H₂时，生成的CH₃OH 浓度小于0.75mol/L，则CH₃OH 浓度随时间变化的曲线
，故答案为：．

点评 本题为综合题，涉及化学平衡影响因素分析、平衡常数计算、反应热的计算、热化学反应方程式的书写等知识点，注重高考常考考点的考查，题目难度中等．