Question

【題目】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) △H1=－49.58kJ·mo1－1

反應Ⅱ：CO2(g)+H2(g) CO(g)+H2O(g) △H2

反應Ⅲ：CO(g)+2H2(g) CH3OH(g) △H3=-90.77 kJ·mo1－1

回答下列問題：

(1)反應Ⅱ的△H2=__________。

(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量不再變化

C.CO2、H2、CH3OH、H2O的物質的量之比為1︰3︰1︰1

D.甲醇的百分含量不再變化

(4)對于反應I，溫度對CO2的轉化率及催化劑的效率影響如圖所示：

①下列有關說法不正確的是_______________

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

B.溫度低于250℃時，隨溫度升高甲醇的產率增大

C.M點時平衡常數比N點時平衡常數大

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

②若在1L密閉容器中充入3molH2和1 molCO2發(fā)生反應I，250℃時反應的平衡常數K=__________(保留3位小數)；若要進一步提高甲醇體積分數，可采取的措施有__________。

Answer 1

【答案】+41.19 kJ·mo1－1 較低溫度 BD ABD 0.148 增大壓強（降低溫度）

【解析】

（1）根據蓋斯定律：Ⅱ=I-Ⅲ得反應Ⅱ的△H2。

（2）△G=△H-T△S<0時，反應能夠自發(fā)進行，該反應的△S<0，△H<0，當溫度較低時，反應Ⅲ能夠自發(fā)進行。

（3）A. 由于氣體的質量、體積不變，則無論是否達到平衡狀態(tài)，混合氣體的密度都不變化，不能作為判斷是否平衡的依據。

B. 反應前后氣體的物質的量不等，混合氣體的平均相對分子質量不再變化，可說明氣體的物質的量不再變化，說明達到平衡狀態(tài)。

C. 平衡常數未知，CO2、H2、CH3OH、H2O的物質的量之比為1:3:1:1 ，不能判斷是否達到平衡狀態(tài)。

D. 甲醇的百分含量不再變化，可說明達到平衡狀態(tài)。

（4）①反應I：CO2(g)+3H2(g) CH3OH(g)+H2O(g) △H1=－49.58kJ·mo1－1

A.由圖像可知，其他條件不變，若不使用催化劑，則250℃時CO2的平衡轉化率一定位于M。

B.溫度低于250℃時，隨溫度升高二氧化碳轉化量降低，甲醇的產率減小。

C.平衡常數只與溫度有關，M點溫度低于N點溫度，溫度高，平衡逆向移動，則M點時平衡常數比N點時平衡常數大。

D.根據圖像可知，催化劑催化效率在250℃左右最高，實際反應應控制溫度在250℃左右。

②根據三段式計算。

（1）反應I：CO2(g)+3H2(g) CH3OH(g)+H2O(g) △H1=－49.58kJ·mo1－1

反應Ⅱ：CO2(g)+H2(g) CO(g)+H2O(g) △H2

反應Ⅲ：CO(g)+2H2(g) CH3OH(g) △H3=-90.77 kJ·mo1－1

根據蓋斯定律：Ⅱ=I-Ⅲ得反應Ⅱ的△H2=+41.19 kJ·mo1－1，故答案為：+41.19 kJ·mo1－1。

（2）△G=△H-T△S<0時，反應能夠自發(fā)進行，該反應的△S<0，△H<0，當溫度較低時，反應Ⅲ能夠自發(fā)進行，故答案為：較低溫度。

（3）A. 由于氣體的質量、體積不變，則無論是否達到平衡狀態(tài)，混合氣體的密度都不變化，不能作為判斷是否平衡的依據，故A錯誤；

B. 反應前后氣體的物質的量不等，混合氣體的平均相對分子質量不再變化，可說明氣體的物質的量不再變化，說明達到平衡狀態(tài)，故B正確；

C. 平衡常數未知，CO2、H2、CH3OH、H2O的物質的量之比為1:3:1:1 ，不能判斷是否達到平衡狀態(tài)，故C錯誤；

D. 甲醇的百分含量不再變化，可說明達到平衡狀態(tài)，故D正確。

故選BD。

（4）①反應I：CO2(g)+3H2(g) CH3OH(g)+H2O(g) △H1=－49.58kJ·mo1－1

A.由圖像可知，其他條件不變，若不使用催化劑，不會改變平衡狀態(tài)，二氧化硫的平衡轉化率不變，則250℃時CO2的平衡轉化率一定位于M，故A錯誤；

B.溫度低于250℃時，隨溫度升高二氧化碳轉化量降低，甲醇的產率減小，故B錯誤；

C.平衡常數只與溫度有關，由于該反應正反應方向是放熱反應，M點溫度低于N點溫度，溫度升高，平衡逆向移動，則M點時平衡常數比N點時平衡常數大，故C正確；

D.根據圖像可知，催化劑催化效率在250℃左右最高，實際反應應控制溫度在250℃左右，故D錯誤；

故選ABD。

② M點二氧化碳的轉化率是50％，

CO2(g)+3H2(g) CH3OH(g)+H2O(g) △H1=－49.58kJ·mo1－1

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

體積為1L，K=0.5×0.5/0.5×1.53=0.148，反應后氣體體積減小，若要進一步提高甲醇體積分數，可采取的措施有增大壓強或降低溫度，平衡正向移動，故答案為：0.148；增大壓強（降低溫度）。