Question

【題目】（13分）甲醇是一種可再生能源，由CO2制備甲醇的過程可能涉及的反應如下：

反應Ⅰ：CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g) ΔH1=49.58 kJ·mol1

反應Ⅱ：CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g) ΔH2

反應Ⅲ：CO(g)+2H2(g)CH3OH(g) ΔH3=90.77 kJ·mol1

回答下列問題：

（1）反應Ⅱ的ΔH2= 。

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

（3）恒溫，恒容密閉容器中，對于反應Ⅰ，下列說法中能說明該反應達到化學平衡狀態(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）對于反應Ⅰ，不同溫度對CO2的轉化率及催化劑的效率影響如圖所示，下列有關說法不正確的 是______。

A．不同條件下反應，N點的速率最大

B．溫度低于250 ℃時，隨溫度升高乙烯的產(chǎn)率增大

C．M點時平衡常數(shù)比N點時平衡常數(shù)大

D．實際反應應盡可能在較低的溫度下進行，以提高CO2的轉化率

（5）若在1 L密閉容器中充入體積比為 3∶1的 H2 和CO2發(fā)生反應Ⅰ，則圖中M點時，產(chǎn)物甲醇的體積分數(shù)為 ；該溫度下，反應的平衡常數(shù)K= ；若要進一步提高甲醇的體積分數(shù)，可采取的措施有 。

Answer 1

【答案】除標注外，其余每空均2分

（1）+41.19 kJ·mol1

（2）較低溫度

（3）BD

（4）ABD

（5）16.7% 0.148（或者） 增大壓強（降低溫度）（1分）

【解析】

試題分析：

（1）根據(jù)蓋斯定律，反應Ⅱ=反應Ⅰ反應Ⅲ，故：

ΔH2=ΔH1ΔH3=（49.58 kJ·mol1）（90.77 kJ·mol1）=+41.19 kJ·mol1；

（2）反應Ⅲ為熵減的反應，ΔS＜0，反應自發(fā)進行，則ΔG=ΔHTΔS＜0，故要自發(fā)進行需要在較低溫度下進行；

（3）A、密度是混合氣體的質(zhì)量和容器容積的比值，在反應過程中質(zhì)量和容積始終是不變的，所以混合氣體的密度不再變化不能說明反應達到平衡狀態(tài)，A錯誤；B、混合氣體的平均相對分子質(zhì)量是混合氣的質(zhì)量和混合氣體的總的物質(zhì)的量的比值，質(zhì)量不變，物質(zhì)的量減小，所以混合氣體的平均分子量不再變化能說明反應達到平衡狀態(tài)，B正確；C、CO2、H2、CH3OH、H2O的物質(zhì)的量之比為1∶3∶1∶1不能說明正逆反應速率相等，反應不一定達到平衡狀態(tài)，C錯誤；D、甲醇的百分含量不再變化說明反應達到平衡狀態(tài)，D正確，答案選BD。

（4）A、化學反應速率隨溫度的升高而加快，催化劑的催化效率降低，所以V(M)有可能小于V(N)，故A不正確；B、溫度低于250℃時，隨溫度升高平衡逆向進行乙烯的產(chǎn)率減小，故B不正確；C、升高溫度二氧化碳的平衡轉化率減低，則升溫平衡逆向移動，所以M化學平衡常數(shù)大于N，故C正確；D、為提高CO2的轉化率，平衡正向進行，反應是放熱反應，低的溫度下進行反應，平衡正向進行，但催化劑的活性會降低，導致反應速率減小，故D不正確；故答案為：ABD；

（5）若在1 L密閉容器中充入體積比為 3∶1的 H2 和CO2，設為3 mol，1 mol，據(jù)圖可知M點時二氧化碳轉化率為50%，

CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)

起始量（mol） 1 3 0 0

變化量（mol） 0.5 1.5 0.5 0.5

平衡量（mol） 0.5 1.5 0.5 0.5

產(chǎn)物甲醇的體積分數(shù)=0.5/(0.5+1.5+0.5+0.5)×100%=16.7%；

平衡常數(shù)K==0.148；

反應前后氣體分子總數(shù)減小，若要進一步提高甲醇的體積分數(shù)，可采取的措施有增大壓強平衡正向進行。