Question

(14分)工业上可以利用废气中的CO₂为原料制取甲醇，反应方程式为：CO₂＋3H₂CH₃OH＋H₂O。请回答下列问题：

（1）已知常温常压下下列反应的能量变化如下图所示：

写出由二氧化碳和氢气制备甲醇的热化学方程式__                _。

（2）如果只改变一个条件使上述反应方程式的平衡常数K值变大，则该反应__      （选填编号）。

A．一定向正反应方向移动        

B．在平衡移动时正反应速率先增大后减小

C．一定向逆反应方向移动        

D．在平衡移动时逆反应速率先减小后增大

（3）其他条件相同，该甲醇合成反应在不同催化剂（Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ）作用下反应相同时间后，CO₂的转化率随反应温度的变化如图所示。

①在相同条件下，三种催化剂Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ的催化效率由高到低的顺序是________。

②a点所代表的状态________（填“是”或“不是”）平衡状态。

③c点CO₂的转化率高于b点，原因是________。

（4）若反应的容器容积为2.0L，反应时间4.0 min，容器内气体的密度减少了2.0g/L，在这段时间内CO₂的平均反应速率为            。反应在t₁时达到平衡，过程中c(CO₂)随时间t变化趋势曲线下图所示。保持其他条件不变，t₁时将容器体积压缩到1L，请在图中画出t₁后c(CO₂)随时间t变化趋势曲线(假定t₂时刻达到新的平衡)。

Answer

（1）CO2(g)+3H2(g)= CH3OH(l) +H2O(l) ΔH=-51KJ/mol；（2）AD

（3）①Ⅰ＞Ⅱ＞Ⅲ ；②不是

③b、c点均未达到平衡状态，c点温度高，反应速率较快，故CO2的转化率较大

（4）0.01mol.L-1.min-1

（注意：曲线的起点必须是t1时C（CO2）=0.05 mol.L-1，平衡点必须是t2时且C（CO2）在0.02-0.05之间的任意一点和变化趋势如图共2分）

【解析】

试题分析：（1）根据图可得热化学方程式是CO2(g)+H2(g)=CO(g)+H2O(l)ΔH=+41KJ/mol；根据图可得热化学方程式是：CO(g)+2H2(g)=CH3OH(l) ΔH=-91KJ/mol；将两个式子相加，可得CO2(g)+3H2(g)= CH3OH(l) +H2O(l) ΔH=-51KJ/mol；（2）由于该反应的正反应是气体体积减小的放热反应，如果只改变一个条件使上述反应方程式的平衡常数K值变大，则应该使平衡正向移动，根据平衡移动原理，该增大压强或降低反应的温度。平衡正向移动，由于正反应是放热反应，所以在平衡移动时逆反应速率先减小后由于温度升高，反应速率有增大，故选项是AD。（3）①根据图像可知，在相同温度下，CO2的转化率大小关系是：Ⅰ>Ⅱ>Ⅲ，所以三种催化剂Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ的催化效率由高到低的顺序是Ⅰ＞Ⅱ＞Ⅲ；②由于催化剂只能加快反应速率，而不能是平衡发生移动，在a点时未达到反应的CO2的最大转化率，所以a点所代表的状态不是平衡状态。③c点CO2的转化率高于b点，原因是b、c点均未达到平衡状态，c点温度高，反应速率较快，故CO2的转化率较大；（4）根据方程式CO2(g)+3H2(g)= CH3OH(l) +H2O(l)可知，若每1L中有1mol的CO2发生反应，气体的质量会减少44+6=50g，即密度减小50g/L，若反应的容器容积为2.0L，反应时间4.0 min，容器内气体的密度减少了2.0g/L，则Δc(CO2)=2÷50mol/L=0.04mol/L，所以在这段时间内CO2的平均反应速率为v(CO2)= 0.04mol/L÷4.0 min=0.01mol/(L∙min)。反应在t1时达到平衡，过程中c(CO2)随时间t变化趋势曲线下图所示。保持其他条件不变，t1时将容器体积压缩到1L，在这一瞬间，c(CO2)变为原来的2倍，是0.05mol/L，由于增大反应物的浓度，即增大了压强，平衡正向移动，消耗CO2，所以c(CO2)会逐渐减小，直至达到平衡，但是平衡移动的趋势是微弱的，所以最终达到平衡时，c(CO2)>0.025mol/L，用图像表示为：

考点：考查热化学方程式的书写、化学平衡移动的判断、化学反应速率的计算及增大压强的平衡移动的图像表示的知识。