Question

【题目】工业上可以利用废气中的CO2为原料制取甲醇，其反应方程式为：CO2+3H2CH3OH+H2O。请回答下列问题：

（1）已知常温常压下下列反应的能量变化如图1所示：

写出由二氧化碳和氢气制备甲醇的热化学方程式______________________________，该反应的△S_______0（填“＞”或“＜”或“=”），在________情况下有利于该反应自发进行（填“低温”或“高温”）。

（2）如果上述反应方程式的平衡常数K值变大，则该反应_________（选填编号）。

A．一定向正反应方向移动 B．在平衡移动时正反应速率先增大后减小

C．一定向逆反应方向移动 D．在平衡移动时逆反应速率先减小后增大

（3）若反应容器的容积为2.0L，CO2和H2的起始浓度分别为0.10 mol·L-1和0.30 mol·L-1。

①若反应时间为4.0min，容器内气体的密度减少了2.0g/L，则在这段时间内CO2的平均反应速率为__________。

②若反应在t1时达到平衡，过程中c（CO2）随时间t变化趋势曲线如图2所示．保持其他条件不变，t1时将容器体积压缩到1L，请画出t1后c（CO2）随时间t变化趋势曲线（t2达到新的平衡）______________。

Answer 1

【答案】3H2(g) + CO2(g)＝CH3OH(l)+ H2O(l) ΔH=－50kJ/mol ＜ 低温 AD 0.01mol/(L·min)

【解析】

（1）根据题意可得热化学方程式：①CO(g)+H2O(l)=CO2(g)+H2(g) ΔH=－41kJ/mol；②CO(g) +H2(g)=CH3OH(l)ΔH=－91kJ/mol；根据盖斯定律，由②－①，整理可得3H2(g) + CO2(g)=CH3OH(l)+ H2O(l)ΔH=－50kJ/mol；由方程式可知，该反应是一个体系的混乱程度减小的反应。所以△S＜0；由于该反应的正反应是放热反应，所以反应在低温情况下有利于该反应自发进行；

（2）由于该反应的正反应是放热反应，所以上述反应方程式的平衡常数K值变大，则平衡正向移动。由于K只与温度有关，而与压强、浓度等无关，所以只有温度降低才可以满足条件。当降温时，V正、V逆都减小，V逆减小的多，V正＞V逆，平衡正向移动，逆反应速率先减小后又略有增加。答案选AD；

（3）①反应的容器容积为2.0L，容器内气体的密度减少了2.0g/L，则气体的质量减少了2.0g/L×2.0L=4.0g。其中减少的CO2的质量为4×=3.52g；所以Δn(CO2)===0.08mol，因此V(CO2)= == 0.01mol/(L·min)；

②当保持其他条件不变，t1时将容器体积压缩到1L，瞬间二氧化碳浓度、氢气增大，为c(CO2)=0.05mol/L，c(H2)=0.15mol/L，平衡向右移动，设消耗c(CO2)=xmol/L，则消耗c(H2)=3xmol/L，平衡时各物质的浓度分别为c(CO2)=(0.05-x)mol/L，c(H2)=(0.15-3x)mol/L，平衡常数不变。即=，解得x=0.025mol/L，则t2达到新的平衡时c(CO2)=0.025mol/L。故t1后c(CO2)随时间t变化趋势曲线为如图所示。