Question

【題目】溫室效應(yīng)和資源短缺等問題和如何降低大氣中的CO2含量并加以開發(fā)利用引起了各國的普遍重視。目前工業(yè)上有一種方法是用CO2生產(chǎn)燃料甲醇。一定條件下發(fā)生反應(yīng)：CO2(g)＋3H2(g) CH3OH(g)＋H2O(g)，如圖表示該反應(yīng)進行過程中能量 (單位為kJ·mol－1)的變化。

（1）關(guān)于該反應(yīng)的下列說法中，正確的是________。

A．ΔH>0，ΔS>0

B．ΔH>0，ΔS<0

C．ΔH<0，ΔS<0

D．ΔH<0，ΔS>0

（2）為探究反應(yīng)原理，現(xiàn)進行如下實驗：在體積為1 L的密閉容器中，充入1mol CO2和3mol H2，測得CO2和CH3OH(g)的濃度隨時間變化如下圖所示。從反應(yīng)開始到平衡，用氫氣濃度變化表示的平均反應(yīng)速率v(H2)____________________， CO2轉(zhuǎn)化率為_________。相同溫度下，某一時刻若該容器中含有1mol H2、1.2mol CO2、0.8 mol CH3OH、1.5mol H2O，則此時反應(yīng)所處的狀態(tài)為___________________________ (填“向正反應(yīng)方向進行中”、 “向逆反應(yīng)方向進行中”或“平衡狀態(tài)”)，理由______________________________________。

（3）在溫度容積不變的條件下，能說明該反應(yīng)已達平衡狀態(tài)的是________(填寫序號字母)：

a．n(CO2)∶n(H2)∶n(CH3OH)∶n(H2O)＝1∶3∶1∶1

b．容器內(nèi)壓強保持不變

c．容器內(nèi)的密度保持不變

d．H2的消耗速率與CH3OH的消耗速率之比為3∶1

（4）下列條件能使上述反應(yīng)的反應(yīng)速率增大，且平衡向正反應(yīng)方向移動的是________(字母)。

a．及時分離出CH3OH氣體

b．適當(dāng)升高溫度

c．保持容器的容積不變，再充入1 mol CO2和3 mol H2

d．選擇高效的催化劑

Answer 1

【答案】C 0.225 mol·L－1·min－1 75% 向正反應(yīng)方向進行中 QC= =1< K=5.33 bd c

【解析】

（1）由圖可知，反應(yīng)物的總能量高于生成物的總能量，由反應(yīng)方程式可知，該反應(yīng)是一個熵減少的反應(yīng)；

（2）由題給數(shù)據(jù)，運用反應(yīng)速率公式和轉(zhuǎn)化率公式計算；先計算化學(xué)平衡常數(shù)，再計算濃度熵，依據(jù)濃度熵和平衡常數(shù)的相對大小判斷平衡移動方向；

（3）反應(yīng)達到化學(xué)平衡狀態(tài)時，正逆反應(yīng)速率相等，各物質(zhì)濃度或百分含量保持不變；

（4）該反應(yīng)是一個氣體體積減小的放熱反應(yīng)，依據(jù)化學(xué)平衡移動原理進行分析。

（1）由圖可知，反應(yīng)物的總能量高于生成物的總能量，該反應(yīng)為放熱反應(yīng)，即△H<0，由反應(yīng)方程式可知，該反應(yīng)是一個熵減少的反應(yīng)，即△S＜0；故答案為：C；

（2）由圖可知，10min達平衡時甲醇的濃度變化量為0.75mol/L，所以v（CH3OH）==0.075mol/（Lmin），由反應(yīng)速率之比等于化學(xué)計量數(shù)之比可得v（H2）=3v（CH3OH）=3×0.075mol/（Lmin）=0.225mol/（Lmin）；由圖可知，二氧化碳濃度的變化量為（1 mol/L—0.25mol/L）=0.75mol/L，則CO2轉(zhuǎn)化率為×100%=75%；平衡時甲醇的濃度為0.75mol/L，二氧化碳的濃度為0.25mol/L，氫氣的濃度為（3mol/L—0.75mol/L×3）=0.75mol/L，水蒸氣的濃度為0.75mol/L，化學(xué)平衡常數(shù)K為==5.33，某一時刻,1L該容器中含有1mol H2、1.2mol CO2、0.8 mol CH3OH、1.5mol H2O時，濃度熵QC= =1< K=5.33，則平衡向正反應(yīng)方向進行，故答案為：0.225 mol·L－1·min－1；75%；向正反應(yīng)方向進行中；QC= =1< K=5.33；

（3）a、n(CO2)∶n(H2)∶n(CH3OH)∶n(H2O)＝1∶3∶1∶1時，不能判斷各組分的濃度是否不再變化，無法判斷是否達到平衡狀態(tài)，故錯誤；

b、該反應(yīng)是一個體積體積減小的反應(yīng)，容器內(nèi)壓強不變，說明正逆反應(yīng)速率相等，反應(yīng)達到平衡狀態(tài)，故正確；

c、由質(zhì)量守恒定律可知，平衡前后氣體質(zhì)量不變，反應(yīng)過程中在溫度容積不變的條件下，密度始終不變，所以容器內(nèi)密度保持不變，無法判斷是否達到平衡狀態(tài)，故錯誤；

d、H2的消耗速率為正反應(yīng)速率，CH3OH的消耗速率為逆反應(yīng)速率，兩者之比為3∶1說明正反應(yīng)速率等于逆反應(yīng)速率，反應(yīng)達到平衡狀態(tài)，故正確；

bd正確，故答案為：bd；

（4）a、及時分離出CH3OH氣體，減小生成物的量，反應(yīng)速率減小，平衡向正反應(yīng)方向移動，故錯誤；

b、該反應(yīng)是放熱反應(yīng)，升高溫度，反應(yīng)速率增大，平衡向逆反應(yīng)方向移動，故錯誤；

c、該反應(yīng)是氣體體積減小的反應(yīng)，保持容器的容積不變，再充入1molCO2和3molH2，相當(dāng)于增大壓強，反應(yīng)速率增大，平衡向正反應(yīng)方向移動，故正確；

d、選擇高效的催化劑，反應(yīng)速率增大，化學(xué)平衡不移動，故錯誤；

c正確，故答案為：c。