Question

2．根據(jù)下列信息試回答下列問題
（Ⅰ）甲醇是一種可再生能源，具有開發(fā)和應(yīng)用的廣闊前景，工業(yè)上一般可采用如下反應(yīng)來合成甲醇：2H₂（g）+CO（g）?CH₃OH（g）
（1）下表所列數(shù)據(jù)是該反應(yīng)在不同溫度下的化學(xué)平衡常數(shù)（K）

溫度	250℃	300℃	350℃
K	2.041	0.270	0.012

①該反應(yīng)的△H＜0，△S（熵變）＜0，（填“＞”、“＜”或“=”）．

②某溫度下，將2mol CO和6mol H₂充入2L的密閉容器中，充分反應(yīng)10min后，達(dá)到平衡時測得c（CO）=0.2mol/L，則此時的溫度為250℃；以CH₃OH表示該過程的反應(yīng)速率：v（CH₃OH）=0.08mol/（L．min）．
（2）圖3表示在溫度分別為T₁、T₂時，平衡體系中H₂的體積分?jǐn)?shù)隨壓強變化曲線，A、C兩點的反應(yīng)速率A＜ C（填“＞”、“=”或“＜”，下同），A、C兩點的化學(xué)平衡常數(shù)A=C，由狀態(tài)B到狀態(tài)A，可采用升溫的方法（填“升溫”或“降溫”）．
（Ⅱ）如何降低大氣中CO₂的含量及有效地開發(fā)利用CO₂引起了全世界的普遍重視．目前工業(yè)上有一種方法是用CO₂來生產(chǎn)燃料甲醇．為探究該反應(yīng)原理，進(jìn)行如下實驗：在容積為1L的密閉容器中，充入1molCO₂和3molH₂，在500℃下發(fā)生發(fā)應(yīng)：CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）．
實驗測得CO₂和CH₃OH（g）的物質(zhì)的量（n）隨時間變化如圖1所示：

（1）從反應(yīng)開始到10min達(dá)到平衡，氫氣的平均反應(yīng)速率v（H₂）=0.225mol/（L•min）．500℃達(dá)平衡時，CH₃OH（g）的體積分?jǐn)?shù)為30%．
（2）圖2是改變溫度時化學(xué)反應(yīng)速率隨時間變化的示意圖，則該反應(yīng)的正反應(yīng)為放熱反應(yīng)（填“放熱”或“吸熱”）．
（3）下列措施中不能使CO₂的轉(zhuǎn)化率增大的是BD．
A．在原容器中再充入1mol H₂        B．在原容器中再充入1molCO₂
C．縮小容器的容積                     D．使用更有效的催化劑．

Answer 1

分析 Ⅰ（1）①分析圖象溫度升高k減小，向著逆反應(yīng)方向移動；2H₂（g）+CO（g）?CH₃OH（g）反應(yīng)氣體的物質(zhì)的量減少，依據(jù)化學(xué)方程式和平衡常數(shù)概念書寫，依據(jù)平衡常數(shù)隨溫度變化判斷反應(yīng)能量變化；
②某溫度下，將2molCO和6molH₂充入2L的密閉容器中，充分反應(yīng)，達(dá)到平衡后，測得c（CO）=0.2mol/L，則：
                          CO（g）+2H₂（g）═CH₃OH（g）
起始濃度（mol）：1             3               0
變化濃度（mol）：0.8        1.6           0.8
平衡濃度（mol）：0.2         1.4          0.8
根據(jù)K=$\frac{c（C{H}_{3}OH）}{c（CO）•{c}^{2}（{H}_{2}）}$計算平衡常數(shù)，進(jìn)而判斷溫度
以CH₃OH表示該過程的反應(yīng)速率：v（CH₃OH）=$\frac{△c（C{H}_{3}OH）}{△t}$
（2）A、C兩點都在等溫線上，壓強越大，反應(yīng)速率越快；A、C兩點都在等溫線上，平衡常數(shù)只與溫度有關(guān)；該反應(yīng)為吸熱反應(yīng)，升高溫度平衡向逆反應(yīng)方向移動；
Ⅱ（1）由圖可知，10min到達(dá)平衡，平衡時甲醇的濃度變化為0.75mol/L，由方程式可知氫氣的濃度變化等于甲醇的濃度變化量3倍為2.25mol/L，據(jù)此計算；先根據(jù)濃度變化計算平衡時各物質(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；
（2）根據(jù)升高溫度平衡向吸熱反應(yīng)方向移動判斷；
（3）要提高CO₂的轉(zhuǎn)化率，應(yīng)使平衡向正反應(yīng)方向移動，根據(jù)平衡移動原理結(jié)合選項判斷．

解答 解：Ⅰ（1）①分析圖象，溫度升高后K變小，說明反應(yīng)逆方向移動，即該反應(yīng)為放熱反應(yīng)，△H＜0；2H₂（g）+CO（g）?CH₃OH（g）反應(yīng)氣體的物質(zhì)的量減少，所以△S＜0，故答案為：＜；＜；
②某溫度下，將2molCO和6molH₂充入2L的密閉容器中，充分反應(yīng)，達(dá)到平衡后，測得c（CO）=0.2mol/L，則：
                          CO（g）+2H₂（g）═CH₃OH（g）
起始濃度（mol）：1             3               0
變化濃度（mol）：0.8        1.6           0.8
平衡濃度（mol）：0.2         1.4          0.8
根據(jù)K=$\frac{c（C{H}_{3}OH）}{c（CO）•{c}^{2}（{H}_{2}）}$=$\frac{0.8}{0.2×1．{4}^{2}}$=2.042，故溫度為250℃，
v（CH₃OH）=$\frac{△c（C{H}_{3}OH）}{△t}$=$\frac{0.8mol/L}{10min}$=0.08mol/（L•min），
故答案為：250℃；0.08；
（3）A、C兩點都在等溫線上，壓強越大，反應(yīng)速率越快，所以速率為C＞A；
A、C兩點都在等溫線上，平衡常數(shù)只與溫度有關(guān)，所以化學(xué)平衡常數(shù)為A=C；
該反應(yīng)為吸熱反應(yīng)，升高溫度平衡向正反應(yīng)方向移動，NO₂的體積分?jǐn)?shù)增大，所以由狀態(tài)B到狀態(tài)A，可以用加熱的方法；
故答案為：＜；=； 升溫；
Ⅱ：（1）由圖可知，10min到達(dá)平衡，平衡時甲醇的濃度變化為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）=$\frac{2.25mol/L}{10min}$=0.225mol/（L•mon）；
開始時c（CO₂）=1mol/L、c（H₂）=3mol/L，平衡時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)=$\frac{0.75mol/L}{（0.25+0.75+0.75+0.75）mol/L}$×100%=30%，
故答案為：0.225mol/（L•min）；30%；
（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，則正反應(yīng)是放熱反應(yīng)；
故答案為：放熱；
（3）A．在原容器中再充入1mol H₂，平衡向正反應(yīng)方向移動，CO₂的轉(zhuǎn)化率增大，故正確；
B．在原容器中再充入1molCO₂CO₂的轉(zhuǎn)化率反而減小，故錯誤；
C．縮小容器的容積即增大壓強，平衡向正反應(yīng)方向移動，CO₂的轉(zhuǎn)化率增大，故正確；
D．使用更有效的催化劑，平衡不移動，CO₂的轉(zhuǎn)化率不變，故錯誤；
故答案為：BD．

點評 本題主要考查平衡狀態(tài)的判斷、影響平衡移動的因素、轉(zhuǎn)化率、反應(yīng)速率的計算、電極反應(yīng)的書寫，有一定的綜合性，中等難度．