Question

能源短缺是人类社会面临的重大问题．甲醇是一种可再生能源，具有广泛的开发和应用前景．
（1）工业上一般采用下列两种反应合成甲醇：
反应Ⅰ：CO（g）+2H₂（g）⇌CH₃OH（g）△H₁
反应Ⅱ：CO₂（g）+3H₂（g）⇌CH₃OH（g）+H₂O（g）△H₂
如图所示是反应I反应过程中的能量变化曲线．
（1）由图可知反应I为______反应（选填”吸热、放热”），反应热△H₁=______．
（2）反应I在一定体积的密闭容器中进行，能判断其是否达到化学平衡状态的依据是______．
A．容器中压强不变                 
B．混合气体中c（CO）不变
C．v_正（H₂）=v_逆（CH₃OH）    
D．c（CO）=c（CH₃OH）
（3）图中曲线______表示使用催化剂时反应的能量变化．
（4）一定条件下，向体积为2L的密闭容器中充入2mol CO₂和6mol H₂，一段时间后达到平衡状态，测得CH₃OH（g）的物质的量为1mol，则此条件下该反应的化学平衡常数数K值=______（用分数表示），若开始时充入2mol CH₃OH（g） 和2mol H₂O（g）达到相同平衡时CH₃OH的转化率为______，若平衡后在充入4mol的N₂，则c（CO₂）是______．
（5）从绿色化学的角度比较上述两种方法，符合原子经济的是______．（填“Ⅰ”或“Ⅱ”）

Answer

（1）根据反应物总能量和生成物总能量的关系判断反应热；根据反应热等于正反应的活化能减去逆反应的活化能；
（2）当反应达到平衡状态时，正逆反应速率相等，各物质的浓度、百分含量不变，以及由此衍生的一些量也不发生变化，据此解答，解题时要注意，选择判断的物理量，随着反应的进行发生变化，当该物理量由变化到定值时，说明可逆反应到达平衡状态；
（3）根据催化剂能降低反应的活化能；
（4）先根据三段式计算出平衡时各物质的浓度，利用各物质平衡的浓度来计算化学平衡常数，利用转化率定义计算CH3OH的转化率；根据等效平衡的从正向建立和逆向建立，转化率之和100%；根据恒容条件下，充入与反应无关的气体，压强增大，平衡不移动，各物质的浓度不变；
（5）原子经济性反应是原材料分子中的原子全部转变成所需产物，不产生副产物，实现零排放；
【解析】
（1）由图象可以看出反应物总能量大于生成物的总能量，则该反应的正反应为放热反应；反应热=419kJ/mol-510kJ/mol=-91 kJ/mol；
故答案为：放热；-91 kJ/mol；
（2）A．随反应进行气体的物质的量增大，压强增大，容器中压强不变，说明到达平衡状态，故A正确；
b．反应达到平衡状态时，各物质的浓度不变，混合气体中c（CO）不变说明到达平衡状态，故B正确；
c．不同物质表示的速率之比等于化学计量数之比，说明到达平衡状态，而v正（H2）=v逆（CH3OH）不等于化学计量数之比，未达平衡状态，故C正确；
d．反应始终按CO与氢气物质的量之比为1：1进行，c（H2）=c（CO）不能说明到达平衡，故D错误；
故答案为；AB；
（3）催化剂能降低反应的活化能，所以图中曲线b表示使用催化剂时反应的能量变化，故选：b；
（4）CO2（g）+3H2（g）⇌CH3OH（g）+H2O（g）
开始（mol/L）   1             3             0        0
转化（mol/L）  0.5          1.5             0.5      0.5
平衡（mol/L）  0.5          1.5             0.5      0.5
则化学平衡常数K==；
平衡时CH3OH的转化率为×100%=50%，若开始时充入2mol CH3OH（g） 和2mol H2O（g）达到相同平衡与原平衡等效且等同，c（CO2）=0.5mol/L，转化率之和100%，所以平衡时CH3OH的转化率50%；恒容条件下，充入与反应无关的气体，压强增大，平衡不移动，各物质的浓度不变，c（CO2）=0.5mol/L，
故答案为：；50%；0.5mol/L；
（5）由题干中原材料分子中的原子全部转变成所需产物，不产生副产物，实现零排放，可知生成物质能有一种，即属于化合反应，反应物为多种，生成物为一种，故选：I；