Question

Ⅰ、由于温室效应和资源短缺等问题，如何降低大气中的CO₂含量并加以开发利用，引用了各界的普遍重视。目前工业上有一种方法是用CO₂生产燃料甲醇。一定条件下发生反应：

CO₂(g)＋3H₂(g)CH₃OH(g)＋H₂O(g)，该反应的能量变化如图所示：

（1）上述反应平衡常数K的表达式为________________，温度降低，平衡常数K________(填“增大”、“不变”或“减小”)。

（2）在体积为2 L的密闭容器中，充入1 mol CO₂和3 mol H₂，测得CO₂的物质的量随时间变化如下表所示。从反应开始到5 min末，用氢气浓度变化表示的平均反应速率v(H₂)＝________。

t/min	0	2	5	10	15
n(CO2)/mol	1	0.75	0.5	0.25	0.25

（3）下列条件能使上述反应的反应速率增大，且平衡向正反应方向移动的是________(填写序号字母)。

a．及时分离出CH₃OH气体                           

b．适当升高温度

c．保持容器的容积不变，再充入1 mol CO₂和3 mol H₂   

d．选择高效催化剂

Ⅱ、（1）在容积为2 L的密闭容器中，由CO₂和H₂合成甲醇，在其他条件不变的情况下，考察温度对反应的影响，如图所示(T₁、T₂均大于300℃)

下列说法正确的是________(填序号)；

①温度为T₁时，从反应开始到平衡，生成甲醇的平均速率为v(CH₃OH)＝mol·L^－1·min^－1 

②该反应在T₁时的平衡常数比T₂时的小     

③该反应为放热反应

④处于A点的反应体系从T₁变到T₂，达到平衡时增大

（2）在T₁温度时，将1 mol CO₂和3 mol H₂充入一密闭恒容容器中，充分反应达到平衡后，若CO₂的转化率为α，则容器内的压强与起始压强之比为_____________。

Answer

增大 0.15 mol·L－1·min－1 c ③④ 或1－α/2

【解析】

Ⅰ、（1）可逆反应CO2(g)＋3H2(g)CH3OH(g)＋H2O(g)的化学平衡常数K=；由图1可知，反应物的总能量高于生成物的总能量，该反应为放热反应，即△H＜0，降低温度平衡向正反应方向移动，平衡常数增大；

（2）根据表中数据可得：v(H2)=3v(CO2)=×3=0.15 mol·L－1·min－1；

（3）a．及时分离出CH3OH气体，生成物的浓度降低，反应速率减小，平衡正向移动，选项a错误； b．适当升高温度，反应速率增大，正反应方向为放热反应，升高温度，平衡向逆反应方向移动，选项b错误；c．保持容器的容积不变，再充入1 mol CO2和3 mol H2，相当于增大压强，反应速率增大，平衡正向移动，选项c正确；d．选择高效催化剂，化学反应速率增大，平衡不移动，选项d错误。答案选c；

Ⅱ、(1)根据图像中的数据可知，温度T1时生成甲醇的速率＝mol·L－1·min－1，选项①错误；读图可知，温度从T1升高到T2时，甲醇的物质的量降低，说明平衡逆向移动，故此时平衡常数减小，选项②错误；因为升高温度，平衡逆向移动，故逆反应是吸热反应，所以正反应是放热反应，选项③正确；因为温度从T1升高到T2时，平衡逆向移动，故氢气的物质的量增大，甲醇的物质的量减小，故增大，选项④正确。答案选③④；(2)写出方程式CO2＋3H2CH3OH＋H2O，则平衡时CO2、H2、CH3OH、H2O变化的物质的量分别是α mol、3α mol、α mol、α mol，故平衡时它们的物质的量分别是(1－α) mol、(3－3α) mol、α mol、α mol，故平衡时气体的总物质的量是(4－2α) mol，所以此时的压强与起始压强之比为＝。