题目内容

2.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.目前工业上有一种方法是用CO2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(单位为kJ•mol-1)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4mol 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)=0.075 mol•L-1•min-1;H2的转化率w(H2)=56.25%.
②该反应的平衡常数表达式K=$\frac{[C{H}_{3}OH]•[{H}_{2}O]}{[C{O}_{2}]•[{H}_{2}]^{3}}$.
③下列措施中能使化学平衡向正反应方向移动的是BD (填字母).
A.升高温度                B.将CH3OH(g)及时液化抽出
C.选择高效催化剂          D.再充入l molCO2和4molH2
(3)25℃,1.01×105Pa时,16g 液态甲醇完全燃烧,当恢复到原状态时,放出363.3kJ的热量,写出该反应的热化学方程式:CH3OH(l)+$\frac{3}{2}$O2(g)=CO2(g)+2H2O(l)△H=-726.6 kJ•mol-1.

分析 (1)依据反应和图象分析判断:CO2(g)+3H2(g)?CH3OH(g)+H2O(g),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)在体积为l L的密闭容器中,充入l mol CO2和4mol 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图2所示.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依据化学平衡三段式列式计算判断;②依据化学平衡常数的概念书写平衡常数计算式;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,升温平衡逆向进行;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l molCO2和4molH2,增大压强平衡正向进行;
(3)25℃,1.01×105Pa时,16g 液态甲醇完全燃烧,当恢复到原状态时,放出363.3kJ的热量,依据书写热化学方程式的方法写出该反应的热化学方程式为:CH3OH(l)+$\frac{3}{2}$O2(g)=CO2(g)+2H2O(l)△H=-726.6 kJ•mol-1.

解答 解:(1)依据反应和图象分析判断:CO2(g)+3H2(g)?CH3OH(g)+H2O(g),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)在体积为l L的密闭容器中,充入l mol CO2和4mol 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图2所示.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
①依据化学平衡列式计算为:
              CO2(g)+3H2(g)?CH3OH(g)+H2O(g)
起始量(mol/L) 1       4         0         0
变化量(mol/L) 0.75   2.25     0.75       0.75
平衡量(mol/L) 0.25    1.75    0.75       0.75
CO2的平均反应速率v(CO2)=$\frac{0.75mol/L}{10min}$=0.075mol•L-1•min-1 ;H2的转化率w(H2)=$\frac{2.25mol/L}{4mol/L}$×100%=56.25%,
故答案为:0.075 mol•L-1•min-1;56.25%;
②该反应的平衡常数表达式K=$\frac{[C{H}_{3}OH]•[{H}_{2}O]}{[C{O}_{2}]•[{H}_{2}]^{3}}$,故答案为:$\frac{[C{H}_{3}OH]•[{H}_{2}O]}{[C{O}_{2}]•[{H}_{2}]^{3}}$;
③措施中能使化学平衡向正反应方向移动的是:
A、反应是放热反应,升温平衡逆向进行;故A错误;
B、将CH3OH(g)及时液化抽出,减小生成物的量,平衡正向进行,故B正确;
C、选择高效催化剂只能改变速率,不改变化学平衡,故C错误;
D、再充入l molCO2和4molH2,增大压强平衡正向进行,故D正确;
故答案为:BD;
(3)25℃,1.01×105Pa时,16g 液态甲醇物质的量为0.5mol,完全燃烧,当恢复到原状态时,放出363.3kJ的热量,依据书写热化学方程式的方法写出该反应的热化学方程式为:CH3OH(l)+$\frac{3}{2}$O2(g)=CO2(g)+2H2O(l)△H=-726.6 kJ•mol-1;
故答案为:CH3OH(l)+$\frac{3}{2}$O2(g)=CO2(g)+2H2O(l)△H=-726.6 kJ•mol-1.

点评 本题考查了反应的焓变判断,热化学方程式的书写原则,化学平衡的影响因素判断平衡移动方向,化学平衡的计算的应用,图象分析是关键.综合性较大,难度中等.

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