Question

（14分）隨著人類對溫室效應和資源短缺等問題的重視，如何降低大氣中CO₂的含量及有效地開發利用CO₂，引起了普遍的重視。
（1）目前工業上有一種方法是用CO₂來生產甲醇。一定條件下發生反應：

下圖表示該反應進行過程中能量（單位為kJ·mol^-1）的變化。

①該反應是            （填“吸熱”或“放熱”）反應。
②反應體系中加入催化劑對反應熱是否有影響？    （填“是”或“否”），原因是                           。
（2）若將6mol CO₂和8 mol H₂充入2L的密閉容器中，測得H₂的物質的量隨時間變化的曲線如圖所示（實線）。

①該條件下反應的平衡常數K=    。請在答題卷圖中繪出甲醇的物質的量隨時間變化曲線。
②僅改變某一實驗條件再進行兩次實驗，測得H₂的物質的量隨時間變化如圖中虛線所示，曲線I對應的實驗條件改變是      ，曲線Ⅱ對應的實驗條件改變是    。
③下列措施中能使H₂轉化率增大的是     。

A．升高溫度	B．充入He（g），使體系壓強增大
C．將H2O（g）從體系中分離出來	D．再充入3mol CO2和4mol H2

（3）如將CO₂與H₂以1：4的體積比混合，在適當的條件下可制得CH₄。已知：

寫出CO₂（g）與H₂（g）反應生成CH₄（g）與液態水的熱化學方程式    。

Answer 1

（1）①放熱（1分） ②否（1分）催化劑不能改變化學反應始態和終態的能量（2分）   （2）①0.5 （2分）
②升高溫度（1分）增大壓強（1分）③CD（2分）
（3）CO₂(g)+4H₂(g) CH₄(g)+2H₂O (l) △H=-252.9kJ·mol^-1 (2分)

（1）根據圖像可知，反應物的總能量高于生成物的能量，所以是放熱反應。催化劑能改變活化能，但不能改變反應熱。
（2）①平衡時氫氣的物質的量是2mol，消耗氫氣是6mo。所以根據反應式可知，消耗CO₂是2mol，生成甲醇和水的物質的量都是2mol。所以平衡常數為。
②曲線1到達平衡的時間少，說明反應速率快。但平衡時氫氣的物質的量多，說明平衡向逆反應方向移動。因為反應是體積減小的、放熱的可逆反應，所以改變的條件是升高溫度。曲線Ⅱ到達平衡的時間少，說明反應速率快。但平衡時氫氣的物質的量少，說明平衡向正反應方向移動。因為反應是體積減小的、放熱的可逆反應，所以改變的條件是增大壓強。
③升高溫度平衡向逆反應方向移動，氫氣轉化率降低，B中體積不變，濃度不變，平衡不移動。C相當于降低生成物濃度，平衡向正反應方向移動，轉化率增大。D相當于增大壓強，平衡向正反應方向移動，轉化率增大。答案選CD。
（3）考查蓋斯定律的應用。根據反應式可知，將第二個×2減去第一式即得到CO₂(g)+4H₂(g) CH₄(g)+2H₂O (l)，所以反應熱是－285.8kJ·mol^-1×4＋890.3kJ·mol^-1＝△H=-252.9kJ·mol^-1。