Question

Ⅰ．如何降低大氣中CO₂的含量及有效利用CO₂，目前已引起各國(guó)普遍重視．
（1）工業(yè)上有一種方法是用CO₂來生產(chǎn)燃料甲醇．為探究反應(yīng)原理，現(xiàn)進(jìn)行如下實(shí)驗(yàn)，在體積為1L的密閉容器中，充入1mol CO₂和3mol H₂，在500℃下發(fā)生反應(yīng)：CO₂（g）+3H₂（g） 

催化劑

加熱、加壓

  CH₃OH（g）+H₂O（g）．實(shí)驗(yàn)測(cè)得CO₂（g）和CH₃OH（g）的濃度隨時(shí)間變化如圖1所示．

①?gòu)姆磻?yīng)開始到平衡，氫氣的平均反應(yīng)速率v（H₂）=

 

；
②圖2是改變溫度時(shí)H₂的化學(xué)反應(yīng)速率隨時(shí)間變化的示意圖，則該反應(yīng)的正反應(yīng)是

 

熱（填“吸”或“放”）反應(yīng)．
③該反應(yīng)的平衡常數(shù)K為

 

（保留兩位小數(shù)）．若提高溫度到800℃進(jìn)行，達(dá)平衡時(shí)，K值

 

（填“增大”、“減小”或“不變”），
④500℃達(dá)平衡時(shí)，CH₃OH的體積分?jǐn)?shù)ω為

 

．
Ⅱ．（2）工業(yè)上可利用煤的氣化產(chǎn)物（CO和H₂）合成二甲醚（CH₃OCH₃），其三步反應(yīng)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
（3）總合成反應(yīng)的熱化學(xué)方程式為

 

．
（4）一定條件下的密閉容器中，上述總反應(yīng)達(dá)到平衡時(shí)，要提高CO的轉(zhuǎn)化率，可以采取的措施是

 

（填字母代號(hào)）．
A．高溫高壓       B．加入催化劑      C．減少CO₂的濃度
D．增加CO的濃度  E．分離出二甲醚
（5）已知反應(yīng)②2CH₃OH（g）═CH₃OCH₃（g）+H₂O（g）在某溫度下的平衡常數(shù)K=400．此溫度下，在密閉容器中加入CH₃OH，反應(yīng)到某時(shí)刻測(cè)得各組分的濃度如下：

物質(zhì)	CH3OH	CH3OCH3	H2O
c/mol?L-1	0.44	0.60	0.60

此時(shí)，v （正）

 

 v （逆） （填“＞”、“＜”或“=”）．

Answer 1

考點(diǎn)：物質(zhì)的量或濃度隨時(shí)間的變化曲線,用蓋斯定律進(jìn)行有關(guān)反應(yīng)熱的計(jì)算,用化學(xué)平衡常數(shù)進(jìn)行計(jì)算,化學(xué)平衡的影響因素

專題：

分析：（1）①由圖可知，10min到達(dá)平衡，平衡時(shí)甲醇的濃度變化為0.75mol/L，由方程式可知?dú)錃獾臐舛茸兓�等于甲醇的濃度變化�?倍為2.25mol/L；
②升高溫度平衡向吸熱反應(yīng)方向移動(dòng)；
③根據(jù)平衡常數(shù)等于生成物的濃度冪之積除以反應(yīng)物的濃度冪之積計(jì)算；
④先根據(jù)濃度變化計(jì)算平衡時(shí)各物質(zhì)的濃度，CH₃OH的體積分?jǐn)?shù)等于甲醇的物質(zhì)的量濃度與總物質(zhì)的量濃度之比；
（3）依據(jù)蓋斯定律解答，從待求反應(yīng)出發(fā)，分析已知反應(yīng)的反應(yīng)物和生成物，通過相互加減得到待求反應(yīng)；
（4）提高轉(zhuǎn)化率，需使平衡向正向移動(dòng)，利用勒夏特列原理分析；
（5）利用K與Qc的相對(duì)大小解決第一問；用三段式法求得第二問．

解答： 解：①由圖可知，10min到達(dá)平衡，平衡時(shí)甲醇的濃度變化為0.75mol/L，由方程式CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O可知，氫氣的濃度變化等于甲醇的濃度變化量為0.75mol/L×3=2.25mol/L，故v（H₂）=

2.25mol/L

10min

=0.225mol/（L?mon），故答案為：0.225；
②根據(jù)圖象知，升高溫度，逆反應(yīng)速率大于正反應(yīng)速率，平衡向逆反應(yīng)方向移動(dòng)，則正反應(yīng)是放熱反應(yīng)故答案為：放；
③利用三段式解題法計(jì)算    
             CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g），
開始（mol/L）：1        3                0           0
變化（mol/L）：0.75     2.25             0.75       0.75 
平衡（mol/L）：0.25    0.75              0.75       0.75
平衡常數(shù)等于生成物的濃度冪之積除以反應(yīng)物的濃度冪之積，則K=

c(CH3OH)c(H2O)

c(CO2)c3(H2)

=

0.75×0.75

0.25×0.753

=5.33，提高溫度到800℃進(jìn)行，達(dá)平衡時(shí)，平衡逆向移動(dòng)，平衡常數(shù)減小，
故答案為：5.33；減�。�
④開始時(shí)c（CO₂）=1mol/L、c（H₂）=3mol/L，平衡時(shí)c（CO₂）=0.25mol/L，c（CH₃OH）=c（H₂O）=0.75mol/L，則c（H₂）=3mol/L-0.75mol/L×3=0.75mol/L，CH₃OH的體積分?jǐn)?shù)等于甲醇的物質(zhì)的量濃度與總物質(zhì)的量濃度之比，所以甲醇的體積分?jǐn)?shù)=

0.75mol/L

(0.25+0.75+0.75+0.75)mol/L

×100%=30%，故答案為：30%；
（3）已知
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
據(jù)蓋斯定律，①×2+②+③得：3H₂（g）+3CO（g）?CH₃OCH₃（g）+CO₂（g）△H=-246.4 kJ?mol^-1
故答案為：3H₂（g）+3CO（g）?CH₃OCH₃（g）+CO₂（g）△H=-246.4 kJ?mol；
（2）A、因△H＜0，升溫時(shí)平衡逆向移動(dòng)，CO的轉(zhuǎn)化率降低，故A錯(cuò)誤；
B、加入催化劑能同等程度地加快正逆反應(yīng)速率，平衡不發(fā)生移動(dòng)，故B錯(cuò)誤；
C、減少生成物的濃度，平衡正向移動(dòng)，能增大CO的轉(zhuǎn)化率，故C正確；
D、增大CO的濃度，平衡雖然正向移動(dòng)，但CO的轉(zhuǎn)化率降低，故D錯(cuò)誤；
E、減少生成物的濃度，平衡正向移動(dòng)，能增大CO的轉(zhuǎn)化率，故E正確；
故答案為：CE；
（3）此時(shí)的Qc=

c(CO2)×c(CH3OCH3)

c2(CH3OH)

=

0.6×0.6

0.442

=1.86＜K=400，故未達(dá)到平衡，反應(yīng)向正向進(jìn)行，v（正）＞v（逆），故答案為：＞．

點(diǎn)評(píng)：本題考查較為綜合，涉及化學(xué)平衡計(jì)算以及平衡移動(dòng)和蓋斯定律的計(jì)算應(yīng)用等問題，化學(xué)平衡的影響因素分析判斷，平衡常數(shù)的計(jì)算應(yīng)用，注意平衡常數(shù)隨溫度變化，題目難度中等．