题目内容
【题目】研究减少CO2排放是一项重要课题。CO2经催化加氢可以生成低碳有机物，主要有以下反应：
反应Ⅰ：CO2(g)＋3H2(g)
CH3OH(g)＋H2O(g) △H1＝－49.6 kJ/mol
反应Ⅱ：CH3OCH3(g)＋H2O(g)
2CH3OH(g) △H2＝＋23.4 kJ/mol
反应Ⅲ：2CO2(g)＋6H2(g)CH3OCH3(g)＋3H2O(g) △H3
（1）△H3＝____kJ/mol。
（2）恒温恒容条件下，在密闭容器中通入等物质的量的CO2和H2，发生反应I。下列描述能说明反应I达到平衡状态的是___（填序号）。
A．反应体系总压强保持不变
B．容器内的混合气体的密度保持不变
C．水分子中断裂2NA个H-O键，同时氢分子中断裂3NA个H-H键
D．CH3OH和H2O的浓度之比保持不变
（3）反应II在某温度下的平衡常数为0.25，此温度下，在密闭容器中加入等物质的量的CH3OCH3(g)和H2O(g)，反应到某时刻测得各组分浓度如下：
物质 | CH3OCH3(g) | H2O(g) | CH3OH(g) |
浓度/mol·L－1 | 1.8 | 1.8 | 0.4 |
此时v正___v逆（填“＞”、“＜”或“＝”），当反应达到平衡状态时，混合气体中CH3OH体积分数(CH3OH)% ＝___%。
（4）在某压强下，反应III在不同温度、不同投料比时，CO2的平衡转化率如图所示。T1温度下，将6mol CO2和12mol H2充入2 L的密闭容器中，5min后反应达到平衡状态，则0～5min内的平均反应速率v(CH3OCH3)＝____；KA、KB、KC三者之间的大小关系为____。
（5）恒压下将CO2和H2按体积比1：3混合，在不同催化剂作用下发生反应I和反应III，在相同的时间段内CH3OH的选择性和产率随温度的变化如图。其中：CH3OH的选择性＝
×100%
①温度高于230℃，CH3OH产率随温度升高而下降的原因是_____。
②在上述条件下合成甲醇的工业条件是____。
p>A．210℃ B．230℃ C．催化剂CZT D．催化剂CZ(Zr－1)T【答案】－122.6 AC ＞ 20 0.18mol·L1·min1 KA＝KC＞KB 反应I的△H＜0温度升高，使CO2转化为CH3OH的平衡转化率下降 BD
【解析】
（1）根据盖斯定律以及热化学方程式进行计算；
（2）根据化学平衡状态的判断标志进行判断；
（3）根据浓度商和化学平衡常数的大小关系判断反应进行的方向；设未知数利用化学平衡常数列出三段式解方程，进而计算体积分数；
（4）根据图像确定CO2的平衡转化率，进而计算CH3OCH3的生成量，再利用化学反应速率的计算公式计算v(CH3OCH3)；根据化学平衡常数只与温度有关，温度不变，化学平衡常数不变，得出KA＝KC，再根据该反应为正向放热的反应，降温平衡逆向移动，结合图像判断T1、T2的大小关系，从而得出KA、KC、KB三者的关系；
（5）反应I的△H＜0，升温平衡逆向移动，CO2转化转化率降低，CH3OH产率下降，再结合图像判断合成甲醇的工业条件。
（1）根据盖斯定律知，反应III=反应Ⅰ×2-反应Ⅱ，因此，△H3=△H1×2-△H2=－49.6 kJ/mol×2-23.4 kJ/mol=-122.6 kJ/mol；
故答案为：－122.6；
（2）反应条件为恒温恒容，反应I：CO2(g)＋3H2(g)
CH3OH(g)＋H2O(g)为反应前后气体物质的量减少的反应，
A. 该反应为反应前后气体物质的量减少的反应，随着反应的进行气体物质的量减少，体系总压强减小，因此当反应体系总压强保持不变时能说明反应I达到平衡状态，A项正确；
B. 根据质量守恒定律知混合气体的总质量不变，容器容积也不变，则随着反应的进行，容器内的混合气体的密度始终保持不变，因此当反容器内的混合气体的密度保持不变时不能说明反应I达到平衡状，B项错误；
C. 当水分子中断裂2NA个H－O键时会有3NA个H－H键形成，即生成3mol氢分子，若同时氢分子中断裂3NA个H－H键，即消耗3mol氢分子，则氢气的物质的量保持不变，反应达到平衡状态，因此水分子中断裂2NA个H－O键，同时氢分子中断裂3NA个H－H键能说明反应I达到平衡状，C项正确；
D. 反应达到平衡状态时各物质的物质的量浓度保持不变，但CH3OH和H2O的浓度之比始终等于1:1，因此CH3OH和H2O的浓度之比保持不变不能说明反应I达到平衡状，D项正确；
故答案为：AC；
（3）此刻反应的浓度商
，因此反应向正反应方向进行，v正>v逆；
设起始时CH3OCH3和H2O的物质的量均为a mol，反应达到平衡状态时，CH3OCH3的转化量为x mol，则可列出三段式：
CH3OCH3(g) ＋ H2O(g)
2CH3OH(g)
起始（mol） a mol a mol 0
转化（mol） x mol x mol 2x mol
平衡（mol） (a-x)mol (a-x)mol 2x mol
则化学平衡常数
，解得：x=0.2a，则混合气体中CH3OH的物质的量为0.4a，混合气体总物质的量不变仍为2a，因此混合气体中CH3OH体积分数
；
故答案为：＞；20；
（4）由图可知，在T1温度下，将6 molCO2和12molH2充入2 L的密闭容器中时，CO2的平衡转化率为60%，因此CO2的转化量为6 mol×60%=3.6，则生成CH3OCH3的物质的量为1.8mol，
；
化学平衡常数只与温度有关，温度不变，化学平衡常数不变，则KA＝KC，由图像可知，当投料比相同时，T1温度下的平衡转化率较大，该反应为正向放热的反应，降温平衡正向移动，化学平衡常数增大，因此T1<T2，KA＝KC＞KB；
故答案为：0.18mol·L1·min1；KA＝KC＞KB；
（5）①反应I的△H＜0，在相同的时间段内反应，230℃反应达到平衡状态，升温平衡逆向移动，CO2转化转化率降低，CH3OH产率下降；
故答案为：反应I的△H＜0温度升高，使CO2转化为CH3OH的平衡转化率下降；
②由图像可知在230℃下CH3OH的转化率最高，催化剂CZ(Zr－1)T对CH3OH的选择性最好，因此合成甲醇的工业条件是230℃，催化剂CZ(Zr－1)T。
故答案为：BD。
