Question

12．实现“节能减排”和“低碳经济”的一项重要课题就是如何将CO₂转化为可利用的资源．目前工业上有一种方法是用CO₂来生产燃料甲醇．一定条件下发生反应：CO₂（g）+3H₂（g）═CH₃OH（g）+H₂O（g），下图1表示该反应过程中能量的变化：

（1）关于该反应的下列说法中，正确的是C（填字母）．
A．△H＞0，△S＞0   B．△H＞0，△S＜0    C．△H＜0，△S＜0      D．△H＜0，△S＞0
（2）为探究反应原理，现进行如下实验，在体积为l L的密闭容器中，充入l mol CO₂和3mol H₂，一定条件下发生反应：CO₂（g）+3H₂（g）═CH₃OH（g）+H₂O（g），测得CO₂和CH₃OH（g）的浓度随时间变化如上图2所示．
①从反应开始到平衡，CO₂的平均反应速率v（CO₂）=0.075mol/（L•min）；H₂的转化率a（H₂）=75%．
②该反应的平衡常数表达式K=$\frac{c（CH{\;}_{3}OH）•c（H{\;}_{2}O）}{c（CO{\;}_{2}）•c{\;}^{3}（H{\;}_{2}）}$．
③下列措施中不能使化学平衡移动的是CE；可使H₂的转化率a（H₂）提高的是ABD（均填字母）
A．降低温度    C．选择高效催化剂     B．将CH₃OH（g）及时液化抽出  
D．再充入0.25molCO₂和0.75molH₂O（g）   E．再充入3mol He以增大压强．

Answer 1

分析 （1）依据反应和图象分析判断：CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g），气体的物质的量减少，反应是熵减少的反应△S＜0；反应物能量高于生成物的能量，判断反应是放热反应，△H＜0；
（2）二氧化碳是反应物随反应进行浓度减小，甲醇是生成物，随反应进行浓度增大；10nim内达到平衡，生成甲醇浓度为0.75mol/L，二氧化碳浓度变化了0.75mol/L；
①根据V=$\frac{△c}{△t}$计算v（CO₂），
根据氢气转化率=$\frac{氢气浓度变化量}{氢气起始浓度}$×100%；
②平衡常数等于生成物的浓度化学计量数幂之积除以反应物的浓度化学计量数幂之积，
③依据化学反应的影响因素和条件逐项分析判断：
A、反应是放热反应，降低温度平衡正向进行；
B、将CH₃OH（g）及时液化抽出，减小生成物的量平衡正向进行；
C、选择高效催化剂只能改变速率，不改变化学平衡；
D、再充入0.25molCO₂和0.75molH₂O（g），相对于增大压强，平衡正向移动；   
E、再充入3mol He以增大压强，平衡体系压强不变，则平衡不移动．

解答 解：（1）依据反应和图象分析判断：CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g），气体的物质的量减少，反应是熵减少的反应△S＜0；反应物能量高于生成物的能量，判断反应是放热反应，△H＜0，
故答案为：C；
（2）二氧化碳是反应物随反应进行浓度减小，甲醇是生成物，随反应进行浓度增大；10nim内达到平衡，生成甲醇浓度为0.75mol/L，二氧化碳浓度变化了0.75mol/L，则：
①v（CO₂）=$\frac{0.75mol}{10min}$=0.075mol/（L•min），浓度变化量之比等于化学计量数之比，△c（H₂）=0.75mol/L×3=2.25mol/L，参加反应的氢气的物质的量=2.25mol/L×1L=2.25mol，故氢气的转化率=$\frac{2.25mol}{3mol}$×100%=75%，
故答案为：0.075mol/（L•min）；75%；
②CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）的平衡常数表达式K=$\frac{c（CH{\;}_{3}OH）•c（H{\;}_{2}O）}{c（CO{\;}_{2}）•c{\;}^{3}（H{\;}_{2}）}$，故答案为：$\frac{c（CH{\;}_{3}OH）•c（H{\;}_{2}O）}{c（CO{\;}_{2}）•c{\;}^{3}（H{\;}_{2}）}$；
③A、反应是放热反应，降低温度平衡正向进行，则H₂的转化率a（H₂）提高；
B、将CH₃OH（g）及时液化抽出，减小生成物的量，平衡正向进行，则H₂的转化率a（H₂）提高；
C、选择高效催化剂只能改变速率，不改变化学平衡，则H₂的转化率a（H₂）不变；
D、再充入0.25molCO₂和0.75molH₂O（g），增大压强平衡正向进行，则H₂的转化率a（H₂）提高；
E．再充入3mol He以增大压强，平衡体系压强不变，则平衡不移动，则H₂的转化率a（H₂）不变；
所以不能使化学平衡移动的是CE；可使H₂的转化率a（H₂）提高的是ABD，
故答案为：CE；ABD．

点评 本题考查了反应的焓变判断，热化学方程式的书写，化学平衡的影响因素，化学平衡的计算、化学平衡常数等，图象分析是关键，难度中等．