Question

11．甲醇是重要的化工原料，在工業(yè)生產(chǎn)上的應(yīng)用十分廣泛，二氧化碳被認為是加劇溫室效應(yīng)的主要來源，如何有效地開發(fā)利用CO₂引起了全世界的普遍重視．為減小和消除CO₂對環(huán)境的影響，一方面世界各國都在限制其排放量，另一方面科學(xué)家加強了對CO₂創(chuàng)新利用的研究．
（1）將CO₂轉(zhuǎn)化成甲醇燃料是減排、環(huán)保的一種科學(xué)方法．
已知：2H₂（g）+O₂（g）=2H₂O（g）；△H=-483.6kJ•mol^-1 ①
2CO₂（g）+4H₂O（g）
2CH₃OH（g）+3O₂（g）；△H=+1352.8kJ•mol^-1②
則反應(yīng)：CO₂（g）+3H₂（g）=CH₃OH（g）+H₂O（g）的△H=-49kJ•mol^-1
（2）500℃時，在體積為1L 的固定容積的密閉容器中充入1mol CO₂、3mol H₂，測得CO₂濃度與CH₃OH 濃度隨時間的變化如圖所示，回答下列問題：

①計算從反應(yīng)開始到10min時，H₂的反應(yīng)速率及該溫度下反應(yīng)的平衡常數(shù)．
（寫出具體的計算過程）
②下列措施不能使CO₂的轉(zhuǎn)化率增大的是AD．（雙選）
A．在原容器中再充入lmol CO₂
B．在原容器中再充入1mol H₂
C．將反應(yīng)體系溫度降低
D．使用更有效的催化劑
③升高溫度，800℃時，在體積為1L 的固定容積的密閉容器中充入1mol CO₂、3mol H₂，在上圖中畫出CH₃OH 濃度隨時間變化的曲線（不需要定量計算）．

Answer 1

分析 （1）2H₂（g）+O₂（g）=2H₂O（g）；△H=-483.6kJ•mol^-1 ①
2CO₂（g）+4H₂O（g）=2CH₃OH（g）+3O₂（g）；△H=+1352.8kJ•mol^-1②
則根據(jù)蓋斯定律（①×3+②）×$\frac{1}{2}$計算；
（2）①根據(jù)v=$\frac{△c}{△t}$計算v（CH₃OH），再根據(jù)速率之比等于化學(xué)計量數(shù)之比計算v（H₂）；依據(jù)圖象和平衡三段式列式計算平衡濃度，結(jié)合平衡常數(shù)概念計算得到；
②A．在原容器中再充入lmolCO₂，平衡向正反應(yīng)方向移動，但CO₂的轉(zhuǎn)化率減�。�
B．在原容器中再充入1molH₂，平衡向正反應(yīng)方向移動，CO₂的轉(zhuǎn)化率增大；
C．溫度降低，平衡向放熱反應(yīng)方向移動；
D．催化劑只改變反應(yīng)速率，不改變平衡移動；
③因為該反應(yīng)為放熱反應(yīng)，所以升高溫度，平衡向逆反應(yīng)方向移動，則在體積為1L 的固定容積的密閉容器中充入1mol CO₂、3mol H₂時，生成的CH₃OH 濃度小于0.75mol/L．

解答 解：（1）2H₂（g）+O₂（g）=2H₂O（g）；△H=-483.6kJ•mol^-1 ①
2CO₂（g）+4H₂O（g）=2CH₃OH（g）+3O₂（g）；△H=+1352.8kJ•mol^-1②
則根據(jù)蓋斯定律（①×3+②）×$\frac{1}{2}$則CO₂（g）+3H₂（g）=CH₃OH（g）+H₂O（g）；△H=（-483.6×3+1352.8）×$\frac{1}{2}$=-49 kJ•mol^-1；故答案為：-49 kJ•mol^-1；
（2）①由圖可知，10min到達平衡，平衡時甲醇的濃度變化為0.75mol/L，故v（CH₃OH）=$\frac{0.75mol/L}{10min}$=0.075mol/（L．min），速率之比等于化學(xué)計量數(shù)之比，故v（H₂）=3v（CH₃OH）=0.075mol/（L．min）×3=0.225mol/（L．min），
CO₂（g）+3H₂（g）$\stackrel{一定條件}{?}$CH₃OH（g）+H₂O（g）
起始量（mol/L）     1       3               0          0
變化量（mol/L）    0.75    2.25             0.75        0.75
平衡量（mol/L）    0.25    0.75             0.75        0.75
K=$\frac{0.75×0.75}{0.25×0.75{\;}^{3}}$=5.3
答：H₂的反應(yīng)速率為0.225mol/（L．min）；平衡常數(shù)為5.3；
②A．在原容器中再充入lmolCO₂，平衡向正反應(yīng)方向移動，但CO₂的轉(zhuǎn)化率減小，故A選；
B．在原容器中再充入1molH₂，平衡向正反應(yīng)方向移動，CO₂的轉(zhuǎn)化率增大，故B不選；
C．溫度降低，平衡向放熱反應(yīng)方向移動，該反應(yīng)為放熱反應(yīng)，所以向正反應(yīng)方向移動，則CO₂的轉(zhuǎn)化率增大，故C不選；
D．催化劑只改變反應(yīng)速率，不改變平衡移動，所以CO₂的轉(zhuǎn)化率不變，故D選；
故答案為：AD；
③因為該反應(yīng)為放熱反應(yīng)，所以升高溫度，平衡向逆反應(yīng)方向移動，則在體積為1L 的固定容積的密閉容器中充入1mol CO₂、3mol H₂時，生成的CH₃OH 濃度小于0.75mol/L，則CH₃OH 濃度隨時間變化的曲線
，故答案為：．

點評 本題為綜合題，涉及化學(xué)平衡影響因素分析、平衡常數(shù)計算、反應(yīng)熱的計算、熱化學(xué)反應(yīng)方程式的書寫等知識點，注重高考�？伎键c的考查，題目難度中等．