Question

丰富的CO₂完全可以作为新碳源，解决当前应用最广泛的碳源（石油和天然气）到本世纪中叶将枯竭的危机。

（1）目前工业上有一种方法是用CO₂和H₂在230℃催化剂条件下转化生成甲醇（CH₃OH）蒸汽和水蒸气CO₂（g）+3H₂（g）CH₃OH（g）+H₂O（g）。下图表示恒压容器中充入1mol CO₂和3 mol H₂，转化率达50%时的能量变化示意图。写出该反应的热化学方程式：                                       。

（2）另外工业上还可用CO和H₂制备甲醇。 反应为CO（g）+2H₂（g） CH₃OH（g），

某温度下，在容积为2L的恒容密闭容器中进行该反应，其相关数据见下图：

① t min至2t min时速率变化的原因可能是                               ；

② 3t min时对反应体系采取了一个措施，至4t min时CO的物质的量为0.5mol，请完成上图CO的曲线。

（3）CO₂在一定条件下，还可以与H₂合成二甲醚：

2CO₂（g）+6H₂（g）CH₃OCH₃（g）+3H₂O（g）。

将2.5 mol H₂与b mol CO₂置于容积为1 L的密闭容器中，发生上述反应，达到平衡状态时，测得实验数据如下表：

① 降温时，上述平衡向_________方向移动（填“正反应”或“逆反应”）。

②表中x、y的大小关系为_________。

A．x＝y    B．x＞y    C．x＜y    D．无法判断

③表中x、y、z、w对应的平衡常数分别为K_x、K_y、K_z、K_w，它们之间的大小关系为___________________。

Answer

（1）（1）CO2（g）+3H2（g）CH3OH（g）+H2O（g） ΔH =－39.2 kJ·mol-1

（2）①升温或使用了催化剂（加压不得分，因为题干已给出“恒容”）

②

（3）①正反应

②B

③Kx＞Kz＞Ky＝Kw

【解析】

试题分析：

（1）①根据图可知1mol CO2和3mol H2转化率达50%时放热23-3.4=19.6KJ，则该反应的热化学方程式：CO2（g）+3H2（g）⇌CH3OH（g）+H2O（g）；△H=-=-39.2kJ•mol-1，故答案为：CO2（g）+3H2（g）⇌ CH3OH（g）+H2O（g）；△H=-39.2 kJ•mol-1；

（2）①t min时刻各组分的物质的量未变，而后反应速率加快，由于题干已给定容器容积为2L，所以可能是使用了催化剂或升高温度。故答案为：使用了催化剂或升高温度；②3tmin时改变条件后，甲醇的物质的量增大、氢气物质的量减小，说明改变条件使平衡向正反应方向移动，3tmin时CO的物质的量为0.4mol，当改变条件使平衡正向移动在4tmin达到新平衡时CO的物质的量为0.5mol，平衡右移而反应物CO的物质的量反而增大，说明3tmin时所改变的条件是加入了CO。3tmin至4tmin时氢气物质的量减小0.2mol，则反应消耗的CO为0.1mol，而4tmin时CO的物质的量为0.5mol，则3tmin时CO物质的量为0.6mol，即在3tmin时采取的措施是加入0.2molCO。故CO的变化曲线为：

（3）①CO2起始物质的量为1.25mol时，温度低，CO2的转化率越大，说明降低温度平衡向正反应方向移动，故答案为：正反应；②CO2起始物质的量为1.25mol时，温度越高，CO2的转化率越小，说明正反应是放热反应，故w＜32，x＞33，由于CO2（g）、H2（g）按物质的量1：3反应，H2（g）物质的量为2.5mol，所以CO2的物质的量（b）越大，CO2的转化率越小，则y＜w，综合上述分析可知x＞33＞32＞w＞y，故答案为B。③平衡常数只是温度的函数，温度不变，平衡常数K值不变，通过上述分析可知该反应为放热反应，所以升高温度平衡逆向移动，平衡常数K值减小，所以有Kx＞Kz＞Ky＝Kw。故答案为Kx＞Kz＞Ky＝Kw。

考点：反应热的计算和热化学方程式的书写；影响化学反应速率和化学平衡的条件；化学平衡常数