Question

12．實現(xiàn)“節(jié)能減排”和“低碳經濟”的一項重要課題就是如何將CO₂轉化為可利用的資源．目前工業(yè)上有一種方法是用CO₂來生產燃料甲醇．一定條件下發(fā)生反應：CO₂（g）+3H₂（g）═CH₃OH（g）+H₂O（g），下圖1表示該反應過程中能量的變化：

（1）關于該反應的下列說法中，正確的是C（填字母）．
A．△H＞0，△S＞0   B．△H＞0，△S＜0    C．△H＜0，△S＜0      D．△H＜0，△S＞0
（2）為探究反應原理，現(xiàn)進行如下實驗，在體積為l L的密閉容器中，充入l mol CO₂和3mol H₂，一定條件下發(fā)生反應：CO₂（g）+3H₂（g）═CH₃OH（g）+H₂O（g），測得CO₂和CH₃OH（g）的濃度隨時間變化如上圖2所示．
①從反應開始到平衡，CO₂的平均反應速率v（CO₂）=0.075mol/（L•min）；H₂的轉化率a（H₂）=75%．
②該反應的平衡常數(shù)表達式K=$\frac{c（CH{\;}_{3}OH）•c（H{\;}_{2}O）}{c（CO{\;}_{2}）•c{\;}^{3}（H{\;}_{2}）}$．
③下列措施中不能使化學平衡移動的是CE；可使H₂的轉化率a（H₂）提高的是ABD（均填字母）
A．降低溫度    C．選擇高效催化劑     B．將CH₃OH（g）及時液化抽出  
D．再充入0.25molCO₂和0.75molH₂O（g）   E．再充入3mol He以增大壓強．

Answer 1

分析 （1）依據(jù)反應和圖象分析判斷：CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g），氣體的物質的量減少，反應是熵減少的反應△S＜0；反應物能量高于生成物的能量，判斷反應是放熱反應，△H＜0；
（2）二氧化碳是反應物隨反應進行濃度減小，甲醇是生成物，隨反應進行濃度增大；10nim內達到平衡，生成甲醇濃度為0.75mol/L，二氧化碳濃度變化了0.75mol/L；
①根據(jù)V=$\frac{△c}{△t}$計算v（CO₂），
根據(jù)氫氣轉化率=$\frac{氫氣濃度變化量}{氫氣起始濃度}$×100%；
②平衡常數(shù)等于生成物的濃度化學計量數(shù)冪之積除以反應物的濃度化學計量數(shù)冪之積，
③依據(jù)化學反應的影響因素和條件逐項分析判斷：
A、反應是放熱反應，降低溫度平衡正向進行；
B、將CH₃OH（g）及時液化抽出，減小生成物的量平衡正向進行；
C、選擇高效催化劑只能改變速率，不改變化學平衡；
D、再充入0.25molCO₂和0.75molH₂O（g），相對于增大壓強，平衡正向移動；   
E、再充入3mol He以增大壓強，平衡體系壓強不變，則平衡不移動．

解答 解：（1）依據(jù)反應和圖象分析判斷：CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g），氣體的物質的量減少，反應是熵減少的反應△S＜0；反應物能量高于生成物的能量，判斷反應是放熱反應，△H＜0，
故答案為：C；
（2）二氧化碳是反應物隨反應進行濃度減小，甲醇是生成物，隨反應進行濃度增大；10nim內達到平衡，生成甲醇濃度為0.75mol/L，二氧化碳濃度變化了0.75mol/L，則：
①v（CO₂）=$\frac{0.75mol}{10min}$=0.075mol/（L•min），濃度變化量之比等于化學計量數(shù)之比，△c（H₂）=0.75mol/L×3=2.25mol/L，參加反應的氫氣的物質的量=2.25mol/L×1L=2.25mol，故氫氣的轉化率=$\frac{2.25mol}{3mol}$×100%=75%，
故答案為：0.075mol/（L•min）；75%；
②CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）的平衡常數(shù)表達式K=$\frac{c（CH{\;}_{3}OH）•c（H{\;}_{2}O）}{c（CO{\;}_{2}）•c{\;}^{3}（H{\;}_{2}）}$，故答案為：$\frac{c（CH{\;}_{3}OH）•c（H{\;}_{2}O）}{c（CO{\;}_{2}）•c{\;}^{3}（H{\;}_{2}）}$；
③A、反應是放熱反應，降低溫度平衡正向進行，則H₂的轉化率a（H₂）提高；
B、將CH₃OH（g）及時液化抽出，減小生成物的量，平衡正向進行，則H₂的轉化率a（H₂）提高；
C、選擇高效催化劑只能改變速率，不改變化學平衡，則H₂的轉化率a（H₂）不變；
D、再充入0.25molCO₂和0.75molH₂O（g），增大壓強平衡正向進行，則H₂的轉化率a（H₂）提高；
E．再充入3mol He以增大壓強，平衡體系壓強不變，則平衡不移動，則H₂的轉化率a（H₂）不變；
所以不能使化學平衡移動的是CE；可使H₂的轉化率a（H₂）提高的是ABD，
故答案為：CE；ABD．

點評 本題考查了反應的焓變判斷，熱化學方程式的書寫，化學平衡的影響因素，化學平衡的計算、化學平衡常數(shù)等，圖象分析是關鍵，難度中等．