Question

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

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

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

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

回答下列問(wèn)題：

(1)反應(yīng)Ⅱ的△H2=______________。

(2)反應(yīng)Ⅲ能夠自發(fā)進(jìn)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(duì)于反應(yīng)Ⅰ，下列說(shuō)法中能說(shuō)明該反應(yīng)達(dá)到化學(xué)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(duì)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(duì)于反應(yīng)Ⅰ，不同溫度對(duì)CO2的轉(zhuǎn)化率及催化劑的效率影響如圖所示，下列有關(guān)說(shuō)法不正確的是____。

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

B.溫度低于250℃時(shí)，隨溫度升高甲醇的產(chǎn)率增大

C.M點(diǎn)時(shí)平衡常數(shù)比N點(diǎn)時(shí)平衡常數(shù)大

D.實(shí)際反應(yīng)應(yīng)盡可能在較低的溫度下進(jìn)行，以提高CO2的轉(zhuǎn)化率

(5)若在1L密閉容器中充入3molH2和1molCO2發(fā)生反應(yīng)Ⅰ，250℃時(shí)反應(yīng)的平衡常數(shù)K=__________；若要進(jìn)一步提高甲醇積分?jǐn)?shù)�？刹扇〉拇胧┯�________。

Answer 1

【答案】+41.19kJ·mol-1較低溫度BDABD0.148增大壓強(qiáng)(降低溫度)

【解析】

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

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

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

根據(jù)蓋斯定律：Ⅱ=ⅠⅢ得反應(yīng)②的△H2= +41.19kJ·mol-1；

(2)△G=△HT△S<0時(shí)，反應(yīng)能夠自發(fā)進(jìn)行，該反應(yīng)的△S<0、△H<0，當(dāng)溫度較低時(shí)，反應(yīng)Ⅲ能夠自發(fā)進(jìn)行；

(3)A、由于氣體的質(zhì)量、體積不變，則無(wú)論是否達(dá)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(jù)，故A錯(cuò)誤；B、反應(yīng)前后氣體的物質(zhì)的量不等，混合氣體的平均相對(duì)分子質(zhì)量不再變化，可說(shuō)明氣體的物質(zhì)的量不再變化，說(shuō)明達(dá)到平衡狀態(tài)，故B正確；C、平衡常數(shù)未知，CO2、H2、CH3OH、H2O的物質(zhì)的量之比為1：3：1：1，不能判斷是否達(dá)到平衡狀態(tài)，故C錯(cuò)誤；D、甲醇的百分含量不再變化，可說(shuō)明達(dá)到平衡狀態(tài)，故D正確；

(4)A.催化劑不能影響平衡移動(dòng)，只能改變反應(yīng)速率，故A錯(cuò)誤；B. 溫度低于250℃時(shí)，隨溫度升高平衡逆向進(jìn)行甲醇的產(chǎn)率減小，故B錯(cuò)誤；C、升高溫度二氧化碳的平衡轉(zhuǎn)化率減低，則升溫平衡逆向移動(dòng)，所以M化學(xué)平衡常數(shù)大于N，故C正確；D. 為提高CO2的轉(zhuǎn)化率，平衡正向進(jìn)行，反應(yīng)是放熱反應(yīng)，低的溫度下進(jìn)行反應(yīng)，平衡正向進(jìn)行，但催化劑的活性、反應(yīng)速率減小，故D錯(cuò)誤；故選ABD；

(5) 若在1L密閉容器中充入3molH2和1molCO2，則圖中M點(diǎn)時(shí)二氧化碳轉(zhuǎn)化率50%，

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

起始量(mol) 1300

變化量(mol) 0.51.50.50.5

平衡量(mol) 0.51.50.50.5

K= ，反應(yīng)前后氣體體積減小，若要進(jìn)一步提高甲醇的體積分?jǐn)?shù)，可采取的措施有增大壓強(qiáng)平衡正向進(jìn)行，