Question

工业上已经实现CO₂与H₂反应合成甲醇。在一恒温、恒容密闭容器中充入2molCO₂和6molH₂，一定条件下发生反应：CO₂(g)+3H₂(g)=CH₃OH(g)+H₂O(g)，测得CO₂和CH₃OH(g)的浓度随时间变化如图所示。请回答：

（1）该密闭容器的容积是___。

（2）达到未平衡状态的时刻是___min(填“3”或“10”)。

（3）在前3min内，用H₂浓度的变化表示的反应速率v(H₂)=___mol/(L·min)。

（4）10min时体系的压强与开始时压强之比为__。

（5）达平衡后H₂O(g)的物质的量分数是___。

（6）已知：①CO(g)+2H₂(g)=CH₃OH(g)  △H=-90.1kJ/mol，②CO(g)+H₂O(g)=CO₂(g)+H₂(g）△H=-41.1kJ/mol，则CO₂与H₂反应合成CH₃OH(g)的热化学方程式__，反应在10min内所放出的热量为__。

Answer

2L 3 0.225 mol/(L·min) 30% CO2(g)+3H2(g)=CH3OH(g)+H2O(g) △H =-49 kJ/mol 98 kJ

【解析】

在一恒温、恒容密闭容器中充入2molCO2和6molH2，从图像可知，CO2的初始浓度为1mol/L，则体积= =2L，当各物质的浓度不再随时间的变化而变化，而反应处于平衡状态，由图像可知，3min后CO2和CH3OH的浓度还在发生变化，10min后，CO2和CH3OH的浓度不发生变化，故3min是未平衡状态，10min为平衡状态。根据v=计算反应速率；由图可知，在第3min时，根据v=可知二氧化碳反应速率，二氧化碳与氢气的速率之比等于它们的计量数之比，可算出氢气的反应速率；

（4）10min时达到平衡，利用三段式，算出10min后气体的物质的量与开始时的物质的量之比，在相同情况下，气体的压强之比等于物质的量之比，可计算出10min时体系的压强与开始时压强之比为。达平衡后H2O(g)的物质的量分数是=nH2O/n总，利用盖斯定律①-②可得到正确的热化学方程式。

（1）在一恒温、恒容密闭容器中充入2molCO2和6molH2，从图像可知，CO2的初始浓度为1mol/L，则体积=n/v=2/1=2L，

故答案为：2L；

（2）当各物质的浓度不再随时间的变化而变化，而反应处于平衡状态，由图像可知，3min后CO2和CH3OH的浓度还在发生变化，10min后，CO2和CH3OH的浓度不发生变化，故3min是未平衡状态，10min为平衡状态，

故答案为：3；

（3）由图可知，在第3min时，根据v=可知二氧化碳反应速率，二氧化碳与氢气的速率之比等于它们的计量数之比，可算出氢气的反应速率；根据图像可知，vCO2===0.075 mol/(L·min)，根据反应CO2(g)+3H2(g)=CH3OH(g)+H2O(g)，二氧化碳的氢气的速率之比等于1：3，故vCO2：vH2=1：3，vH2==3vCO2=3×0.075 mol/(L·min)=0.225 mol/(L·min)，

故答案为：0.225 mol/(L·min)；

（4）列出三段式 CO2(g)+3H2(g)=CH3OH(g)+H2O(g)

始 mol/L 1 3 0 0

变 mol/L 0.75 2.25 0.75 0.75

平 mol/L 0.25 0.75 0.75 0.75

10min后达到平衡，10min时体系的压强与开始时压强之比为=，

故答案为：；

（5）达平衡后H2O(g)的物质的量分数===30%，

故答案为：30%；

（6）已知：①CO(g)+2H2(g)=CH3OH(g) △H1=-90.1kJ/mol，②CO(g)+H2O(g)=CO2(g)+H2(g）△H2=-41.1kJ/mol，利用盖斯定律①-②得到CO2(g)+3H2(g)=CH3OH(g)+H2O(g) △H=△H1-（△H2）=-90.1+41.1=-49 kJ/mol，1molCO2完全反应生成放出49 kJ的热量，而题目所给的2molCO2完全反应，则放出的热量98 kJ的热量，

故答案为：CO2(g)+3H2(g)=CH3OH(g)+H2O(g) △H =-49 kJ/mol；98 kJ。