Question

Ⅰ.如何降低大气中CO₂的含量及有效利用CO₂，目前已引起各国普遍重视。

（1）工业上有一种方法是用CO₂来生产燃料甲醇。为探究反应原理，现进行如下实验，在体积为1L的密闭容器中，充入1molCO₂和3molH₂，在500℃下发生反应：CO₂(g)+3H₂(g)CH₃OH(g)+H₂O(g)。实验测得CO₂(g)和CH₃OH(g)的浓度随时间变化如图1所示。

①从反应开始到平衡，氢气的平均反应速率v(H₂)=__；

②图2是改变温度时H₂的化学反应速率随时间变化的示意图，则该反应的正反应是__热（填“吸”或“放”）反应。

③该反应的平衡常数K为__（保留两位小数）。若提高温度到800℃进行，达平衡时，K值__（填“增大”、“减小”或“不变”），

④500℃达平衡时，CH₃OH的体积分数ω为__。

Ⅱ.（2）工业上可利用煤的气化产物（CO和H₂）合成二甲醚(CH₃OCH₃)，其三步反应如下：

①2H₂(g)+CO(g)CH₃OH(g)    △H=-90.8kJ⋅mol^-1

②2CH₃OH(g)CH₃OCH₃(g)+H₂O(g)    △H=-23.5kJ⋅mol^-1

③CO(g)+H₂O(g)CO₂(g)+H₂(g)    △H=-41.3kJ⋅mol^-1

总合成反应的热化学方程式为__。

（3）一定条件下的密闭容器中，上述总反应达到平衡时，要提高CO的转化率，可以采取的措施是__（填字母代号）。

A.高温高压

B.加入催化剂

C.减少CO₂的浓度

D.增加CO的浓度

E.分离出二甲醚

（4）已知反应②2CH₃OH(g)CH₃OCH₃(g)+H₂O(g)在某温度下的平衡常数K=400。此温度下，在密闭容器中加入CH₃OH，反应到某时刻测得各组分的浓度如下：

物质	CH3OH	CH3OCH3	H2O
c/mol⋅L^-1	0.44	0.60	0.60

此时，v(正)__v(逆)（填“>”、“<”或“=”）。

Answer

0.225 mol•L-1•min-1 放 5.33 减小 30% 3H2(g)+3CO(g)CH3OCH3(g)+CO2(g) △H=-246.4kJ/mol CE ＞

【解析】

（1）①分析图1，在10min时CO2、CH3OH的浓度不再发生变化，说明此时反应达到平衡状态，可先求出CO2的速率，根据同一反应中，各物质的速率之比等于其化学计量数之比，求出H2的速率。

②分析图2，在t2时，改变温度，v＇正、v＇逆突然增大，且v＇正＜v＇逆，可知改变的条件为升高温度，此时反应向逆反应方向移动，据此分析反应是吸热还是放热反应。

（1）①由图可知，10min到达平衡时二氧化碳的浓度变化量为1.00mol/L-0.25mol/L=0.75mol/L，所以v(CO2)=，根据同一反应中，各物质的速率之比等于其化学计量数之比，可知v(H2)=3v(CO2)=3×0.075mol•L-1•min-1=0.225 mol•L-1•min-1，故答案为：0.225 mol•L-1•min-1；

②由图2可知，正、逆反应速率都增大，为升高温度，且逆反应速率增大更多，则反应向逆反应进行，故正反应为放热反应，故答案为：放；

③平衡时二氧化碳的浓度为0.25mol/L，则：

故500℃平衡常数K=。

该反应正反应是放热反应，若提高温度，该反应向逆反应方向进行，达平衡时，K值减小。故答案为：5.33；减小；

④由③中计算可知，平衡时CH3OH的体积分数ω=，故答案为：30%；

Ⅱ（2）由盖斯定律可知，通过①×2+②+③可得3H2(g)+3CO(g)CH3OCH3(g)+CO2(g)，则△H=-90.8kJ⋅mol-1×2-23.5kJ⋅mol-1-41.3kJ⋅mol-1=-246.4kJ⋅mol-1，故总合成反应的热化学方程式为：3H2(g)+3CO(g)CH3OCH3(g)+CO2(g)△H=-246.4kJ/mol，故答案为：3H2(g)+3CO(g)CH3OCH3(g)+CO2(g)△H=-246.4kJ/mol；

（3）A．由于反应放热，升高温度平衡向逆反应方向移动，CO转化率减小，A项错误；

B．催化剂不影响平衡移动，CO转化率不变，B项错误；

C．减少CO2的浓度，平衡向正反应方向移动，CO的转化率增大，C项正确；

D．增加CO的浓度，CO的转化率反而减小，D项错误；

E．分离出二甲醚，平衡向正反应方向移动，CO的转化率增大，E项正确；

故答案为CE；

（4）浓度商Qc=，即Qc＜K，故反应向正反应方向进行，则v(正)＞v(逆)。故答案为：＞。