Question

二氧化碳碳捕獲與封存技術（CCS）可以減少化石燃料燃燒以及其他工業用途的二氧化碳排放量，從而有助于減少溫室氣體的排放．該技術引起了各國的普遍重視．
Ⅰ．目前工業上有一種方法是用CO₂來生產燃料甲醇．為探究反應原理，現進行如下實驗，在體積為1L的密閉容器中，充入1mol CO₂和3molH₂，一定條件下發生反應：
CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）△H=-49.0kJ/mol測得CO₂和CH₃OH（g）的濃度隨時間變化如圖1所示．

①從反應開始到平衡，氫氣的平均反應速率v（H₂）=

0.225

mol/（L?min）．
②下列措施中能使n（CH₃OH）/n（CO₂）增大的是

CD

．
A．升高溫度                    B．充入He（g），使體系壓強增大
C．將H₂O（g）從體系中分離       D．再充入1mol CO₂和3molH₂．
Ⅱ．工業上也可以通過下列反應①和②，用CH₄和H₂O為原料來制備甲醇．
①CH₄（g）+H₂O（g）?CO（g）+3H₂（g）△H1；②CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）△H₂
將0.20mol CH₄和0.30molH₂O（g）通入容積為10L的密閉容器中，在一定條件下發生反應①，達到平衡時，CH₄的轉化率與溫度、壓強的關系如圖2．
（1）溫度不變，縮小體積，增大壓強，①的反應速率

增大

 （填“增大”、“減小”或“不變”），平衡向

逆反應

方向移動．
（2）反應①的△H₁

＞

 0（填“＜”、“=”或“＞”），其平衡常數表達式為K=

c(CO)?c3(H2)

c(CH4)?c(H2O)

，壓強為P₁，100℃時的平衡常數值是

1.35×10^-3

．

Answer 1

分析：Ⅰ．①根據v=

△c

△t

計算v（CH₃OH），再根據速率之比等于化學計量數之比計算v（H₂）；
②使n（CH₃OH）/n（CO₂）應采取措施，使平衡向正反應移動，注意不能只增大二氧化碳或降低甲醇的量；
Ⅱ．（1）溫度不變，增大壓強，反應速率增大，平衡向氣體體積減小的方向移動；
（2）由圖可知，反應①溫度越高甲烷的轉化率越大，說明升高溫度平衡向正反應方向移動；
化學平衡常數，指在一定溫度下，可逆反應達到平衡時各生成物濃度的化學計量數次冪的乘積除以各反應物濃度的化學計量數次冪的乘積所得的比值，據此書寫；
由圖可知，100℃到達平衡時甲烷的轉化率為0.5，據此計算甲烷的濃度變化量，根據三段式計算平衡時各組分濃度，代入平衡常數表達式計算．

解答：解：Ⅰ．①由圖可知，10min到達平衡，平衡時甲醇的濃度變化為0.75mol/L，故v（CH₃OH）=

0.75mol/L

10min

=0.075mol/（L．min），速率之比等于化學計量數之比，故v（H₂）=3v（CH₃OH）=0.075mol/（L．min）×3=0.225mol/（L．mon），
故答案為：0.225；
②使n（CH₃OH）/n（CO₂）增大，應采取措施，使平衡向正反應移動，但不能只增大二氧化碳或降低甲醇的量，
A．該反應正反應是放熱反應，升高溫度平衡向逆反應移動，n（CH₃OH）/n（CO₂）減小，故A錯誤，
B．充入He（g），使體系壓強增大，容器的容積不變，反應混合物的濃度不變，平衡不移動，n（CH₃OH）/n（CO₂）不變，故B錯誤，
C．將H₂O（g）從體系中分離，平衡向正反應移動，n（CH₃OH）/n（CO₂）增大，故C正確，
D．再充入1mol CO₂和3mol H₂，等效為增大壓強，平衡向正反應移動，n（CH₃OH）/n（CO₂）增大，故D正確；
故答案為：CD；
Ⅱ．（1）溫度不變，增大壓強，反應速率增大，正反應為氣體體積增大的反應，平衡向逆反應方向移動，
故答案為：增大；逆反應；
（2）由圖可知，反應①溫度越高甲烷的轉化率越大，說明升高溫度平衡向正反應方向移動，故正反應為吸熱反應，即△H₁＞0；
CH₄（g）+H₂O（g）?CO（g）+3H₂（g）的平衡常數k=

c(CO)?c3(H2)

c(CH4)?c(H2O)

；
甲烷的起始濃度=

0.2mol

10L

=0.02mol/L，水蒸氣起始濃度=

0.3mol

10L

=0.03mol/L，由圖可知，100℃到達平衡時甲烷的轉化率為0.5，故甲烷的濃度變化量為0.01mol/L，則：
            CH₄（g）+H₂O（g）?CO（g）+3H₂（g）
開始（mol/L）：0.02    0.03     0       0
變化（mol/L）：0.01    0.01     0.01    0.03
平衡（mol/L）：0.01    0.02     0.01    0.03
故100℃時該反應平衡常數k=

0.01×0.033

0.01×0.02

=1.35×10^-3，
故答案為：＞；

c(CO)?c3(H2)

c(CH4)?c(H2O)

；1.35×10^-3．

點評：本題考查化學反應速率計算、化學平衡影響因素、化學平衡常數及其計算等，難度中等，注意基礎知識理解掌握，注意掌握三段式解題法．