Question

【題目】目前工業上可利用CO或CO2來生產燃料甲醇，某研究小組對下列有關甲醇制取的三條化學反應原理進行探究。已知在不同溫度下的化學反應平衡常數(K1、K2、K3)如表所示。請回答下列問題：

化學反應	焓變	平衡常數	溫度/℃
			500	700	800
①2H2(g)＋CO(g)CH3OH(g)	ΔH1	K1	2.5	0.34	0.15
②CO2(g)＋H2(g)CO(g)＋H2O(g)	ΔH2	K2	1.0	1.70	2.52
③CO2(g)＋3H2(g)CH3OH(g)＋H2O(g)	ΔH3	K3

（1）反應②是____(填“吸熱”或“放熱”)反應。

（2）根據反應①與②可推導出K1、K2與K3之間的關系，則K3=____(用K1、K2表示)；根據反應③判斷ΔS___0(填“＞”、“＝”或“＜”)，在____(填“較高”或“較低”)溫度下有利于該反應自發進行。

（3）500℃時，測得反應③在某時刻，CO2(g)、H2(g)、CH3OH(g)、H2O(g)的濃度分別為0.1mol/L、0.8mol/L、0.3mol/L、0.15mol/L，則此時v(正)___v(逆)(填“＞”、“=”或“＜”)。

（4）根據上述表格測得焓變，下列能量關系圖合理的是_____

A.B.C.D.

Answer 1

【答案】吸熱 K1·K2 ＜ 較低 ＞ AD

【解析】

根據反應①②的平衡常數隨溫度的變化分析判斷反應①和②的熱效應的變化，再根據蓋斯定律結合K分析判斷反應③的熱效應的變化，最后結合化學平衡常數的表達式分析解答。

(1)根據表格數據，反應②CO2(g)＋H2(g)CO(g)＋H2O(g)的平衡常數隨溫度升高增大，說明升高溫度平衡正向移動，正反應是吸熱反應，故答案為：吸熱；

(2)根據蓋斯定律，反應①+②可得反應③，則平衡常數K3=K1×K2，反應③CO2(g)＋3H2(g)CH3OH(g)＋H2O(g)是氣體體積減小的反應△S＜0，反應③3H2(g)+CO2(g)═CH3OH(g)+H2O(g)是氣體體積減小的反應，則△S＜0；反應③的平衡常數，500°C時，K3=K1×K2=2.5×1.0=2.5，800°C時，K3=K1×K2=2.52×0.15=0.375，隨溫度升高，平衡常數減小，說明平衡逆向移動，所以反應③是放熱反應，焓變△H＜0，所以反應在低溫下能自發進行，故答案為：K1×K2；＜；較低；

(3)500℃時K3=K1×K2=2.5，濃度商Qc==0.87＜K=2.5，平衡向正反應移動，則v(正)＞v(逆)，故答案為：＞；

(4)A、反應②CO2(g)＋H2(g)CO(g)＋H2O(g)的平衡常數隨溫度升高而增大，說明升高溫度平衡正向移動，正反應是吸熱反應，反應物能量低于生成物，與圖象符合，故A正確；B、催化劑改變反應的活化能，不改變焓變，根據A的分析，反應②為吸熱反應，反應物能量低于生成物，與圖象不符，故B錯誤；C、①2H2(g)+CO(g)CH3OH(g)的平衡常數隨溫度升高而減小，說明正反應為放熱反應，反應物能量高于生成物，與圖象不符，故C錯誤；D、根據(2)的分析，反應③3H2(g)+CO2(g)═CH3OH(g)+H2O(g)是放熱反應，反應物能量高于生成物，與圖象符合，故D正確；故答案為：AD；