Question

【題目】I．研究CO2、CO的利用對促進低碳社會的構建具有重要意義，CO2、CO都可用于合成甲醇。CO2用于合成甲醇的熱化學方程式為：CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g) △H

①該反應的平衡常數表達式為K=____________________。

②取一定體積CO2和H2的混合氣體（物質的量之比為1∶3），加入恒容密閉容器中發(fā)生上述反應，反應過程中測得甲醇的體積分數φ(CH3OH)與反應溫度T的關系如右圖所示，則該反應的ΔH_______0（填“>”、“<”或“＝”）。

Ⅱ.甲醇是結構最為簡單的飽和一元醇，又稱“木醇”或“木精”。甲醇是一碳化學基礎的原料和優(yōu)質的燃料，主要應用于精細化工、塑料、能源等領域。

已知甲醇制備的有關化學反應如下

反應①：CO（g）+2H2（g）=CH3OH（g） △H1=﹣90.77kJmol—1

反應②：CO2（g）+H2（g）=CO（g）+H2O（g） △H2=+41.19kJmol—1

反應③：CO2（g）+3H2（g）=CH3OH（g）+H2O（g） △H3

（1）反應③的△H3=__________________。

（2）若500℃時三個反應的平衡常數依次為K1、K2與K3，則K3=_____（用K1、K2表示）。已知500℃時K1、K2的值分別為2.5、1.0，并測得該溫度下反應③在某時刻，H2（g）、CO2（g）、CH3OH（g）、H2O （g）的濃度（mol/L）分別為0.8、0.1、0.3、0.15，則此時 V正_____ V逆（填“＞”、“=”或“＜”）．

（3）在3L容積可變的密閉容器中發(fā)生反應②，c（CO）隨反應時間t變化如圖中曲線Ⅰ所示。若在t0時刻分別改變一個條件，曲線Ⅰ變?yōu)榍€Ⅱ和曲線Ⅲ。

當曲線Ⅰ變?yōu)榍€Ⅱ時，改變的條件是_______。當通過改變壓強使曲線Ⅰ變?yōu)榍€Ⅲ時，曲線Ⅲ達到平衡時容器的體積為___________________。

Answer 1

【答案】 ＜ -49.58 kJmol—1 K1K2 ＞ 加入催化劑 2L

【解析】I．①平衡常數等于生成物的濃度系數次冪之積除以反應物濃度系數次冪之積；CO2(g)+3H2(g) CH3OH(g)+H2O(g)的平衡常數K= ；

②根據圖象可知達到平衡后，溫度越高，甲醇的體積分數φ(CH3OH)越小，說明升高溫度平衡逆移，則正反應方向為放熱反應，△H<0，故答案為：＜；

Ⅱ.（1）根據蓋斯定律：③=①+②，得反應③的△H3= -49.58 kJmol—1；

（2）反應③=①+②，則K3=K1·K2；已知500℃時K1、K2的值分別為2.5、1.0，則K3= 2.5，該溫度下反應③在某時刻，Qc= ==0.9＜K3，反應正向進行,此時V正＞V逆。故答案為：K1·K2；＞；

（3）分析圖象知，t0時刻改變一個條件，曲線I變?yōu)榍€II，CO的平衡濃度沒有變化，而達平衡的時間縮短，則改變的條件是加入催化劑；反應②為反應前后氣體數目不變的反應，改變壓強，平衡不移動，曲線I變?yōu)榍€III時,n（CO）=0.3×3mol=0.9mol，CO的濃度由0.3mol/L變?yōu)?/span>0.45mol/L，容器的體積由3L縮小2L。故答案為：加入催化劑；2L。