Question

【題目】甲醇是一種可再生能源，由CO2制備甲醇的過(guò)程可能涉及的反應(yīng)如下：

反應(yīng)Ⅰ：CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g) △H1=-49.58kJ·mol-1

反應(yīng)Ⅱ：CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g) △H2

反應(yīng)Ⅲ：CO(g)+2H2(g)CH3OH(g) △H3=-90.77kJ·mol-1

回答下列問(wèn)題：

(1)反應(yīng)Ⅱ的△H2=______________。

(2)反應(yīng)Ⅲ能夠自發(fā)進(jìn)行的條件是______________(填“較低溫度”、“ 較高溫度”或“任何溫度”)。

(3)恒溫，恒容密閉容器中，對(duì)于反應(yīng)Ⅰ，下列說(shuō)法中能說(shuō)明該反應(yīng)達(dá)到化學(xué)平衡狀態(tài)的是________。

A.混合氣體的密度不再變化

B.混合氣體的平均相對(duì)分子質(zhì)量不再變化

C.CO2、H2、CH3OH、H2O的物質(zhì)的量之比為1：3：1：1

D.甲醇的百分含量不再變化

(4)對(duì)于反應(yīng)Ⅰ，不同溫度對(duì)CO2的轉(zhuǎn)化率及催化劑的效率影響如圖所示，下列有關(guān)說(shuō)法不正確的是____。

A.其他條件不變，若不使用催化劑，則250℃時(shí)CO2的平衡轉(zhuǎn)化率可能位于M1

B.溫度低于250℃時(shí)，隨溫度升高甲醇的產(chǎn)率增大

C.M點(diǎn)時(shí)平衡常數(shù)比N點(diǎn)時(shí)平衡常數(shù)大

D.實(shí)際反應(yīng)應(yīng)盡可能在較低的溫度下進(jìn)行，以提高CO2的轉(zhuǎn)化率

(5)若在1L密閉容器中充入3molH2和1molCO2發(fā)生反應(yīng)Ⅰ，則圖中M點(diǎn)時(shí)，產(chǎn)物甲醇的體積分?jǐn)?shù)為_____；該溫度下，反應(yīng)的平衡常數(shù)K=__________；若要進(jìn)一步提高甲醇積分?jǐn)?shù)。可采取的措施有________。

Answer 1

【答案】 +41.19kJ·mol-1 較低溫度 BD ABD 16.7% 0.148(或者) 增大壓強(qiáng)(降低溫度)

【解析】試題分析：(1)根據(jù)蓋斯定律計(jì)算反應(yīng)Ⅱ的△H2；(2)根據(jù) 判斷反應(yīng)Ⅲ能夠自發(fā)進(jìn)行的條件；(3)根據(jù)平衡標(biāo)志判斷恒溫、恒容密閉容器中反應(yīng)Ⅰ是否達(dá)到平衡狀態(tài)；(4)根據(jù)影響反應(yīng)速率、平衡移動(dòng)的因素分析。(5)利用“三段式”計(jì)算甲醇的體積分?jǐn)?shù)、反應(yīng)的平衡常數(shù)；根據(jù)影響平衡移動(dòng)的因素分析。

解析：(1)根據(jù)蓋斯定律，反應(yīng)Ⅰ－反應(yīng)Ⅲ，得CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g) △H2=-49.58kJ·mol-1-(-90.77kJ·mol-1)= +41.19kJ·mol-1；(2) CO(g)+2H2(g)CH3OH(g) △H3=-90.77kJ·mol-1，該反應(yīng) ， 才能自發(fā)進(jìn)行，所以反應(yīng)Ⅲ能夠自發(fā)進(jìn)行的條件是較低溫度；(3)反應(yīng)前后氣體的質(zhì)量不變、容器體積不變，所以密度是恒量 ，混合氣體的密度不再變化，不一定平衡，故A錯(cuò)誤；反應(yīng)前后氣體的質(zhì)量不變，氣體物質(zhì)的量是變量，根據(jù) ，混合氣體的平均相對(duì)分子質(zhì)量是變量，混合氣體的平均相對(duì)分子質(zhì)量不再變化，一定達(dá)到平衡狀態(tài)，故B正確； 物質(zhì)濃度保持不變是平衡狀態(tài)，CO2、H2、CH3OH、H2O的物質(zhì)的量之比為1：3：1：1時(shí)，不一定平衡，故C錯(cuò)誤；甲醇的百分含量是變量，甲醇的百分含量不再變化，一定達(dá)到平衡狀態(tài)，故D正確； (4) A.催化劑不能使平衡發(fā)生移動(dòng)，所以其他條件不變，若不使用催化劑，則250℃時(shí)CO2的平衡轉(zhuǎn)化率仍位于M，故A錯(cuò)誤； B.反應(yīng)放熱，升高溫度平衡逆向移動(dòng)，隨溫度升高甲醇的產(chǎn)率降低，故B錯(cuò)誤；C. 反應(yīng)放熱，升高溫度平衡逆向移動(dòng)，M點(diǎn)時(shí)平衡常數(shù)比N點(diǎn)時(shí)平衡常數(shù)大，故C正確； D.溫度太低，反應(yīng)速率太慢，實(shí)際生產(chǎn)應(yīng)考慮反應(yīng)速率和CO2的轉(zhuǎn)化率兩個(gè)因素，故D錯(cuò)誤。

(5)

產(chǎn)物甲醇的體積分?jǐn)?shù)為 ；平衡常數(shù)K= ；增大壓強(qiáng)、降低溫度，平衡正向移動(dòng)，可以提高甲醇體積分?jǐn)?shù)增大。