Question

研究CO₂的利用对促进低碳社会的构建具有重要的意义。

I．已知某些化学键的键能数据如下

化学键	C=O	C—O	C—H	H—H	O—H
键能/kJ·mol^-1	745	351	415	436	462

则CO₂(g) + 3H₂(g)CH₃OH(g) + H₂O(g)  ΔH = __________ kJ·mol^-1

II．将燃煤废气中的CO₂转化为二甲醚的反应原理为：

2CO₂(g)+6H₂(g)CH₃OCH₃(g)+3H₂O(l)

（1）该反应化学平衡常数表达式K=__________。

（2）已知在某压强下，该反应在不同温度、不同投料比时，

达平衡时CO₂的转化率如右图所示：

①该反应的ΔH__________0（填“>"或“<”）。

②若温度不变，减小反应投料比[n(H₂)/n(CO₂)]，K值将__________（填“增大”、“减小”或“不变”）。③700K投料比[n(H₂)/n(CO₂)]=2时，达平衡时H₂的转化率α=__________。

（3）某温度下，向体积一定的密闭容器中通入CO₂(g)与H₂(g)发生上述反应，下列物理量不再发生变化时，能说明反应达到平衡状态的是__________。

A．二氧化碳的浓度     B．容器中的压强

C．气体的密度         D．CH₃OCH₃与H₂O的物质的量之比

（4）某温度下，在体积可变的密闭容器中，改变起始时加入各物质的量，在不同的压强下，平衡时CH₃OCH₃(g)的物质的量如下表所示：

	P1	P2	P3
I．2.0molCO26.0molH2	0.10mol	0.04mol	0.02mol
II．1.0molCO23.0molH2	X1	Y1	Z1
III．1.0molCH3OCH33.0molH2O	X2	Y2	Z2

①P₁__________P₃（填“>”“<”或“=”）；

②X₁＝__________；

③P₂下，III中CH₃OCH₃的平衡转化率为__________。

Answer

I.－184II.(1)(2)①＜②不变

③45﹪(3)ABC(4)①＞②0.05mol③96﹪

【解析】

试题分析：I.根据题给信息结合键能可知CO2(g) + 3H2(g)CH3OH(g) + H2O(g)的△H＝2×745kJ/mol＋3×436kJ/mol－415kJ/mol×3－351kJ/mol－462kJ/mol－2×462kJ/mol＝-184kJ/mol；

II .（1）化学平衡常数是在一定条件下，当可逆反应达到平衡状态时，生成物浓度的幂之积和反应物浓度的幂之积的比值，根据可逆反应方程式可知平衡常数表达式为K＝；

（2）①根据图给信息，投料比相同，温度升高，CO2的转化率降低，说明平衡逆向移动，升高温度，平衡向吸热反应方向移动，所以该反应的正向反应是放热反应，即该反应的△H＜0；

②平衡常数只与温度有关，温度不变，k不变；

③700K投料比[n(H2)/n(CO2)]＝2时，根据图像可知二氧化碳的转化率是30%，折氢气是2mol，二氧化碳是1mol，消耗二氧化碳是0.3mol，根据方程式可知消耗氢气是0.9mol，所以达平衡时H2的转化率α＝×100%＝45%。

（3）A．达到平衡状态的标志之一是各组分的浓度不再发生变化，二氧化碳的浓度不变，说明平衡处于平衡状态，A正确；B．该反应是气体体积发生变化的可逆反应，当容器中的压强不变时，说明反应处于平衡状态，B正确；C．在恒容密闭容器中，该反应有液态水生成，随着反应的进行，气体的密度减小，当密度不变时，说明反应达到平衡状态，C正确；D．无论平衡与否，CH3OCH3与H2O的物质的量之比总等于系数比(1:3)，D错误，答案选ABC。

（4）①正反应是体积减小的可逆反应，增大压强，平衡向正反应方向进行，据此的含量增加。因此根据表中数据可知P1＞P3；②由于在温度和压强不变的条件下，Ⅰ和Ⅱ中起始物质的比值相同，所以平衡是等效的，则平衡时生成的甲醇是成比例的，所以X1＝0.05mol；③根据方程式可知Ⅲ中1mol甲醇和3mol水相当于是2molCO2和6molH2，即平衡是等效的，所以平衡时甲醇的物质的量是0.04mol，则消耗甲醇的物质的量是1mol－0.04mol＝0.96mol，所以甲醇的转化率是96%。

【考点定位】本题主要是考查反应热计算、外界条件对平衡状态的影响以及有关计算、等效平衡的应用等

【名师点晴】该题属于高考中的高频点考点，难度中等。该题的难点是等效平衡的理解和应用，应该从以下几点分析：所谓等效平衡是指外界条件相同时，同一可逆反应只要起始浓度相当，无论经过何种途径，都可以达到相同的平衡状态。等效平衡的判断及处理一般步骤是：进行等效转化——边倒法，即按照反应方程式的计量数之比转化到同一边的量，与题干所给起始投料情况比较。等效平衡一般有三种类型：I类：恒温恒容下对于反应前后气体体积发生变化的反应来说（即△n≠0的体系）：等效转化后，对应各物质起始投料的物质的量与原平衡起始态相同。II类：恒温恒容下对于反应前后气体体积没有变化的反应来说（即△n＝0的体系）：等效转化后，只要反应物（或生成物）的物质的量的比例与原平衡起始态相同，两平衡等效。III类：恒温恒压下对于气体体系等效转化后，要反应物（或生成物）的物质的量的比例与原平衡起始态相同，两平衡等效。因此解答该类型试题的关键是分清类别，用相应的方法求解即可。