Question

【題目】豐富的CO2完全可以作為新碳源，解決當前應用最廣泛的碳源（石油和天然氣）到本世紀中葉將枯竭的危機。

（1）目前工業上有一種方法是用CO2和H2在230℃催化劑條件下轉化生成甲醇（CH3OH）蒸汽和水蒸氣CO2（g）+3H2（g）CH3OH（g）+H2O（g）。下圖表示恒壓容器中充入1mol CO2和3 mol H2，轉化率達50%時的能量變化示意圖。寫出該反應的熱化學方程式： 。

（2）另外工業上還可用CO和H2制備甲醇。 反應為CO（g）+2H2（g） CH3OH（g），

某溫度下，在容積為2L的恒容密閉容器中進行該反應，其相關數據見下圖：

① t min至2t min時速率變化的原因可能是 ；

② 3t min時對反應體系采取了一個措施，至4t min時CO的物質的量為0.5mol，請完成上圖CO的曲線。

（3）CO2在一定條件下，還可以與H2合成二甲醚：

2CO2（g）+6H2（g）CH3OCH3（g）+3H2O（g）。

將2.5 mol H2與b mol CO2置于容積為1 L的密閉容器中，發生上述反應，達到平衡狀態時，測得實驗數據如下表：

① 降溫時，上述平衡向_________方向移動（填“正反應”或“逆反應”）。

②表中x、y的大小關系為_________。

A．x＝y B．x＞y C．x＜y D．無法判斷

③表中x、y、z、w對應的平衡常數分別為Kx、Ky、Kz、Kw，它們之間的大小關系為___________________。

Answer 1

【答案】（1）（1）CO2（g）+3H2（g）CH3OH（g）+H2O（g） ΔH =－39.2 kJ·mol-1

（2）①升溫或使用了催化劑（加壓不得分，因為題干已給出“恒容”）

②

（3）①正反應

②B

③Kx＞Kz＞Ky＝Kw

【解析】

試題分析：

（1）①根據圖可知1mol CO2和3mol H2轉化率達50%時放熱23-3.4=19.6KJ，則該反應的熱化學方程式：CO2（g）+3H2（g）CH3OH（g）+H2O（g）；△H=-=-39.2kJmol-1，故答案為：CO2（g）+3H2（g） CH3OH（g）+H2O（g）；△H=-39.2 kJmol-1；

（2）①t min時刻各組分的物質的量未變，而后反應速率加快，由于題干已給定容器容積為2L，所以可能是使用了催化劑或升高溫度。故答案為：使用了催化劑或升高溫度；②3tmin時改變條件后，甲醇的物質的量增大、氫氣物質的量減小，說明改變條件使平衡向正反應方向移動，3tmin時CO的物質的量為0.4mol，當改變條件使平衡正向移動在4tmin達到新平衡時CO的物質的量為0.5mol，平衡右移而反應物CO的物質的量反而增大，說明3tmin時所改變的條件是加入了CO。3tmin至4tmin時氫氣物質的量減小0.2mol，則反應消耗的CO為0.1mol，而4tmin時CO的物質的量為0.5mol，則3tmin時CO物質的量為0.6mol，即在3tmin時采取的措施是加入0.2molCO。故CO的變化曲線為：

（3）①CO2起始物質的量為1.25mol時，溫度低，CO2的轉化率越大，說明降低溫度平衡向正反應方向移動，故答案為：正反應；②CO2起始物質的量為1.25mol時，溫度越高，CO2的轉化率越小，說明正反應是放熱反應，故w＜32，x＞33，由于CO2（g）、H2（g）按物質的量1：3反應，H2（g）物質的量為2.5mol，所以CO2的物質的量（b）越大，CO2的轉化率越小，則y＜w，綜合上述分析可知x＞33＞32＞w＞y，故答案為B。③平衡常數只是溫度的函數，溫度不變，平衡常數K值不變，通過上述分析可知該反應為放熱反應，所以升高溫度平衡逆向移動，平衡常數K值減小，所以有Kx＞Kz＞Ky＝Kw。故答案為Kx＞Kz＞Ky＝Kw。