Question

【題目】CO2作為資源再利用是重要的研究課題，工業(yè)上用CO2產(chǎn)生燃料甲醇的化學(xué)方程式：CO2（g）+3H2（g） CH3OH（g）+H2O（g）。回答下列問題：

（1）由CO2制備甲醇過程涉及反應(yīng)如下：

反應(yīng)Ⅰ：CO2（g）+3H2（g）CH3OH（g）+H2O（g）△H1

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

反應(yīng)Ⅲ：CO（g）+2H2（g） CH3OH（g） △H3

已知反應(yīng)Ⅰ、反應(yīng)Ⅱ、反應(yīng)Ⅲ的化學(xué)平衡常數(shù)分別為K1、K2、K3，則K1_______（用K2、K3表示）

（2）一定條件下，在3L恒容密閉容器中充入一定量的H2和CO2，研究反應(yīng)：CO2（g）+3H2（g）CH3OH（g）+H2O（g） △H1，實(shí)驗(yàn)測(cè)得反應(yīng)物在不同起始投入量下，反應(yīng)體系中CO2的平衡轉(zhuǎn)化率與溫度的關(guān)系曲線如下圖所示。

①H2和CO2的起始的投入量以A和B兩種方式投入：

A：n（H2）=3mol，n（CO2）=1.5mol，

B：n（H2）=3mol，n（CO2）=2mol

曲線Ⅱ代表______（填“A”或“B”）投入方式反應(yīng)的△H1________0（填“﹥”或“＜”）

②在溫度為500K的條件下，充入3molH2和1.5molCO2，該反應(yīng)5min時(shí)達(dá)到平衡，此溫度下的平衡常數(shù)為_______（mol·L-1）-2

③500K時(shí)，若在此容器中開始充入0.3molH2和0.9molCO2、0.6molCH3OH、0.6molH2O，則反應(yīng)向______方向進(jìn)行（“正反應(yīng)”或“逆反應(yīng)”）

Answer 1

【答案】 K2·K3 B ＜ 450 正反應(yīng)

【解析】試題分析：本題考查化學(xué)平衡常數(shù)的計(jì)算和應(yīng)用，化學(xué)平衡圖像的分析。

（1）根據(jù)化學(xué)平衡常數(shù)的定義，K1=[c(CH3OH)·c(H2O)]/[c(CO2)·c3(H2)]，K2=[c(CO)·c(H2O)]/[c(CO2)·c(H2)]，K3=c(CH3OH)/[c(CO)·c2(H2)]，則K1=K2·K3。

（2）①B與A對(duì)比，增大CO2物質(zhì)的量，平衡向正反應(yīng)方向移動(dòng)，B中H2的平衡轉(zhuǎn)化率大于A中，B中CO2的平衡轉(zhuǎn)化率小于A中，相同溫度下曲線II中CO2的平衡轉(zhuǎn)化率小于曲線I，則曲線II代表B投入方式。由圖像知升高溫度CO2的平衡轉(zhuǎn)化率減小，升高溫度平衡向逆反應(yīng)方向移動(dòng)，逆反應(yīng)為吸熱反應(yīng)，ΔH10。

②由圖像知，在溫度為500K的條件下，充入3molH2和1.5molCO2，達(dá)到平衡時(shí)CO2的轉(zhuǎn)化率為60%，用三段式

CO2（g）+3H2（g）CH3OH（g）+H2O（g）

c（起始）（mol/L）0.5 1 0 0

c（轉(zhuǎn)化）（mol/L）0.50.6=0.3 0.9 0.3 0.3

c（平衡）（mol/L）0.2 0.1 0.3 0.3

此溫度下的平衡常數(shù)為[0.3mol/L0.3mol/L]/[0.2mol/L (0.1mol/L)3]=450（mol·L-1）-2。

③開始H2、CO2、CH3OH、H2O的物質(zhì)的量濃度依次為0.1mol/L、0.3mol/L、0.2mol/L、0.2mol/L，此時(shí)濃度商為[0.2mol/L0.2mol/L]/[0.3mol/L (0.1mol/L)3]=133.3（mol·L-1）-2450（mol·L-1）-2，則反應(yīng)向正反應(yīng)方向進(jìn)行。