Question

科学家提出“绿色自由”构想，把空气中的CO₂转化为可再生能源甲醇（CH₃OH）。该反应的热化学方程式为：CO₂（g）+3H₂（g）CH₃OH（g）+H₂O（g）  △H

（1）若在一个定温定容的容器中发生上述反应，反应达到平衡的标志是________。

A．CO₂和CH₃OH的浓度相等

B．H₂的百分含量保持不变

C．容器内压强保持不变

D．3v_正(H₂)=v_逆(H₂O) 

E．容器中混合气体的密度保持不变

（2）若将CO₂和H₂的混合气体分成五等份，将它们分别充入温度不同、容积相同的恒容容器中发生上述反应。反应相同时间后，测得甲醇的体积分数 ȹ（CH₃OH）与反应温度T的关系如图，则上述CO₂转化为甲醇的反应的△H_____0（填“＞”、“＜”、“＝”）   

（3）上述反应在实际生产中采用的温度是300℃，其目的是_________________。

（4）300℃时，将CO₂与H₂按1∶3的体积比充入某密闭容器中，CO₂的平衡转化率（a）与体系总压强（P）的关系如图所示。回答问题： 

①若其他条件不变，将A点的体积压缩至原来的一半，一段时间后反应再次达到平衡，与原平衡相比较下列说法正确的是_______。

A．CO₂的浓度减小                             B．正反应速率增大，逆反应速率减小

C．CO₂和H₂的体积比仍然是1∶3                 D．H₂的体积分数减小

②B点平衡混合气体的平均摩尔质量为_______________（保留一位小数）。

Answer

BC<加快反应速率，使催化剂活性最高CD22.7g/mol

【解析】

（1）根据平衡状态的含义分析；

（2）根据甲醇含量与温度关系分析；

（3）根据温度与反应速率和催化剂活性关系分析；

（4）①根据压强与反应速率及平衡关系分析；

②根据B点的平衡转化率为0.8结合平均相对分子质量的含义计算。

解析：（1）A．CO2和CH3OH的浓度相等不能说明正逆反应速率是否相等，不一定是平衡状态，A错误； B．H2的百分含量保持不变，说明是平衡状态，B正确；C．正反应体积减小，容器内压强保持不变 ，说明是平衡状态，C正确；D．3v正(H2)=v逆(H2O) 不满足反应速率之比是相应的化学计量数之比，因此没有达到平衡状态，D错误；E．密度是混合气的质量和容器容积的比值，在反应过程中质量和容积始终是不变的，因此容器中混合气体的密度保持不变不能说明反应达到平衡状态，E错误，答案选BC；

（2）随着温度的升高甲醇含量增加，反应向正反应方向进行；达到最高后说明达到平衡状态，继续升高温度甲醇含量降低，说明升高温度平衡向逆反应方向进行，正反应是放热反应；

（3）采用300℃的温度，可以加快反应速率，且催化剂活性较高；

（4）合成塔中发生反应：CO2（g）+3H2（g）CH3OH（g）+H2O（g）。

①A．体积压缩，反应混合物各组分浓度均增大，A错误；B．体积压缩，压强增大，正、逆反应速率都增大，B错误；C．CO2和H2按1：3的体积比投入，且二者按物质的量1：3反应，反应体系中CO2和H2的体积比始终为1：3，C正确；D．压缩体积，增大压强，平衡正向移动，氢气的体积分数减小，D正确，答案选CD；

②设CO2和H2分别是1mol、3mol。由图可知，0.5MPa条件下CO2的平衡转化率为0.9，可知反应的CO2为0.9mol，根据方程式可知参加反应氢气物质的量为0.9mol×3=2.7mol，生成甲醇和水蒸气分别是0.9mol、0.9mol，所以混合气体的平均摩尔质量是。