Question

17．降低大气中CO₂的含量及有效地开发利用CO₂，已引起了各国的普遍重视．工业上用CO、CO₂来生产燃料甲醇、乙醇．
（1）图1表示CO（g）和H₂（g）生成CH₃OH（g）的反应过程中能量的变化（曲线a未使用催化剂，曲线b使用催化剂）．写出该条件下该反应的热化学方程式：CO（g）+2H₂（g）=CH₃OH（g）△H=-91 kJ/mol．
（2）为探究反应CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）的原理，在体积为1L的密闭容器A中，充入1molCO₂和3molH₂，一定条件下发生反应，测得CO₂和CH₃OH（g）的浓度随时间变化如图2所示．
①从反应开始到平衡，H₂的平均反应速率v（H₂）=0.225mol/（L．min）；CO₂的转化率为75%．
②该温度下，反应达到平衡时，下列关系式正确的是a（填序号）．
a．v_正（CO₂）=v_逆（H₂O（g））   b．$\frac{{P}_{起始}}{{P}_{平衡}}$=2   c．v_正（H₂）=v_逆（CO₂）d．$\frac{{P}_{起始}}{{P}_{平衡}}$=1．
③该温度下，反应的平衡常数=$\frac{16}{3}$．
④若在体积1L的密闭容器B中，充入2molCO₂和6molH₂，在与A相同的条件下达到平衡，则两容器中H₂的转化率：A容器＜B容器（填“＜”“＞”或“=”）．
（3）工业上以CO₂和H₂为原料合成乙醇：2CO₂（g）+6H₂（g）?CH₃CH₂OH（g）+3H₂O（g），在一定压强下，测得的实验数据如下表：

温度（K） CO2转化率（%） n（H2）/n（CO2）	500	600	700	800
1.5	45	33	20	12
2	60	X	28	15
3	83	62	37	22

①温度升高，该反应的平衡常数K值减小（填“增大”、“减小”或“不变”）．
②表中X的取值范围是33＜X＜60．

Answer 1

分析 （1）由图可知，1molCO（g）与2molH₂（g）反应生成1molCH₃OH（g）放出的热量为419kJ-510kJ=91kJ，注明物质的聚集状态与反应热书写热化学方程式；
（2）在体积为1L的密闭容器A中，充入1molCO₂和3molH₂，10min到达平衡，平衡时CO₂和CH₃OH（g）的浓度分别为0.25mol/L、0.75mol/L，则：
                CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）
起始浓度（mol/L）：1       3          0         0
变化浓度（mol/L）：0.75    2.25       0.75      0.75
平衡浓度（mol/L）：0.25    0.75       0.75      0.75
①根据v=$\frac{△c}{△t}$计算v（H₂），转化率=$\frac{浓度变化量}{起始浓度}$×100%；
②反应到达平衡时，不同物质表示的正逆速率之比等于其化学计量数之比，压强之比等于总物质的量浓度之比；
③根据K=$\frac{c（C{H}_{3}OH）×c（{H}_{2}O）}{c（C{O}_{2}）×{c}^{3}（{H}_{2}）}$计算平衡常数；
④若在体积1L的密闭容器B中，充入2molCO₂和6molH₂，等效为在A容积中平衡基础上增大压强，平衡正向移动，反应物转化率增大；
（3）①由表中数据可知，n（H₂）：n（CO₂）一定时，温度越高二氧化碳的转化率越小，说明升高温度平衡逆向移动；
②增大氢气物质的量，有利于平衡正向移动，二氧化碳转化率增大，而温度越高二氧化碳的转化率越小．

解答 解：（1）由图可知，1molCO（g）与2molH₂（g）反应生成1molCH₃OH（g）放出的热量为419kJ-510kJ=91kJ，热化学方程式为CO（g）+2H₂（g）=CH₃OH（g）△H=-91 kJ/mol，
故答案为：CO（g）+2H₂（g）=CH₃OH（g）△H=-91 kJ/mol；
（2）在体积为1L的密闭容器A中，充入1molCO₂和3molH₂，10min到达平衡，平衡时CO₂和CH₃OH（g）的浓度分别为0.25mol/L、0.75mol/L，则：
               CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）
起始浓度（mol/L）：1       3        0         0
变化浓度（mol/L）：0.75    2.25     0.75      0.75
平衡浓度（mol/L）：0.25    0.75     0.75      0.75
①v（H₂）=$\frac{2.25mol/L}{10min}$=0.225mol/（L．min），CO₂转化率=$\frac{0.75mol/L}{1mol/L}$×100%=75%，
故答案为：0.225mol/（L．min）；75%；
②反应到达平衡时，不同物质表示的正逆速率之比等于其化学计量数之比，则平衡时：v_正（CO₂）=v_逆（H₂O（g），v_正（H₂）=3v_逆（CO₂），压强之比等于总物质的量浓度之比，则$\frac{{P}_{起始}}{{P}_{平衡}}$=$\frac{1+3}{0.25+0.75×3}$=$\frac{8}{5}$，
故选：a；
③该温度下，平衡常数K=$\frac{c（C{H}_{3}OH）×c（{H}_{2}O）}{c（C{O}_{2}）×{c}^{3}（{H}_{2}）}$=$\frac{0.75×0.75}{0.25×0.7{5}^{3}}$=$\frac{16}{3}$，
故答案为：$\frac{16}{3}$；
④若在体积1L的密闭容器B中，充入2molCO₂和6molH₂，等效为在A容积中平衡基础上增大压强，平衡正向移动，反应物转化率增大，两容器中H₂的转化率：A容器＜B容器，
故答案为：＜；
（3）①由表中数据可知，n（H₂）：n（CO₂）一定时，温度越高二氧化碳的转化率越小，说明升高温度平衡逆向移动，平衡常数减小，
故答案为：减小；
②增大氢气物质的量，有利于平衡正向移动，二氧化碳转化率增大，而温度越高二氧化碳的转化率越小，故X的取值范围为：33＜X＜60，
故答案为：33＜X＜60．

点评 本题考查化学平衡计算与影响因素、化学平衡状态、反应速率计算、平衡常数、热化学方程式书写等，是对学生综合能力的考查，难度中等．