Question

【題目】反應Fe（s）+CO2（g） FeO（s）+CO（g）的平衡常數為K1；反應Fe（s）+H2O（g）FeO（s）+H2（g）的平衡常數為K2。在不同溫度時K1、K2的值如下表：

溫度（絕對溫度）	K1	K2
973	1.47	2.38
1173	2.15	1.67

（1）計算溫度為973K時，反應CO2（g）+H2（g） CO（g）+H2O（g） K=__________；

（2）目前工業上有一種方法是用CO2來生產甲醇：CO2(g)＋3H2(g) CH3OH(g)＋H2O(g)，在體積為1 L的恒容密閉容器中，充入1 mol CO2和3 mol H2進行反應。

①該反應能夠自發進行的原因是________。

②下列措施中能使c(CH3OH)增大的是________。

A．降低溫度

B．充入He(g)，使體系壓強增大

C．將H2O(g)從體系中分離出來

D．再充入1 mol CO2和3 mol H2

③在溫度T1時，當反應達到平衡時，測得n(H2)＝2.4 mol；其他條件不變，在溫度T2時，當反應達到平衡時，測得n(CO2)＝0.82 mol，則T2________T1(填“＞”、“＜”或“＝”)。

（3）某實驗將一定量的CO2和H2充入一定體積的密閉容器中，在兩種不同條件下發生反應：CO2(g) ＋3H2(g) CH3OH(g)＋H2O(g) ΔH＝－49.0 kJ·mol－1。測得CH3OH的物質的量隨時間變化如下圖所示，回答問題：

①曲線I、Ⅱ對應的平衡常數大小關系為KⅠ________KⅡ(填“＞”、“＜”或“＝”)。

②一定溫度下，在容積相同且固定的兩個密閉容器中，按如下方式投入反應物，一段時間后達到平衡。

容器	甲	乙
反應物 投入量	1 mol CO2、3 mol H2	a mol CO2、b mol H2、 c mol CH3OH(g)、c mol H2O(g)

若甲中平衡后氣體的壓強為開始時的0.8倍，要使平衡后乙與甲中相同組分的濃度相等，且起始時維持反應逆向進行，則c的取值范圍為________。

Answer 1

【答案】0.62 △H＜0ACD＞＞0.4＜c≤1

【解析】

(1)I. Fe(s)+CO2(g)FeO(s)+CO(g)、II .Fe(s)+H2O(g)FeO(s)+H2(g)，將方程式I-II得CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g)，則化學平衡常數K==·=，溫度為973K時，平衡常數K==0.62，故答案為：0.62；

(2)①CO2(g)＋3H2(g) CH3OH(g)＋H2O(g)反應的△S＜0，要使△G=△H-T△S＜0，則△H＜0，故答案為：△H＜0；

②A．降低溫度，平衡逆向移動，c(CH3OH)增大，故正確；B．充入He(g)，使體系壓強增大，由于容器為恒容容器，各組分濃度不變，平衡不移動，c(CH3OH)不變，故錯誤；C．將H2O(g)從體系中分離出來，平衡正向移動，c(CH3OH)增大，故正確；D．再充入1mol CO2和3molH2，平衡正向移動，c(CH3OH)增大，故正確．故答案為：ACD；

③在溫度T1時，當反應達到平衡時，測得n(H2)=2.4mol，則平衡時n(CO2)=1mol-×(3mol-2.4mol)=0.8mol；其他條件不變，在溫度T2時，當反應達到平衡時，測得n(CO2)=0.82mol，說明平衡向正反應方向移動，反應為放熱反應，降低溫度平衡向正反應方向移動，故答案為：＞；

(3)①圖象分析可知先拐先平，Ⅱ溫度高，反應是放熱反應，平衡逆向進行，平衡常數減小，所以K1＞K2，故答案為：＞；

②設二氧化碳反應量為x

CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)

初始量(mol)：1 3 0 0

轉化量(mol)：x 3x x x

平衡量(mol)：1-x3-3x x x

甲中平衡后氣體的壓強為開始時的0.8倍，即(4-2x)/4=0.8，解得x=0.4mol，依題意：甲、乙為等同平衡，且起始時維持反應逆向進行，所以全部由生成物投料，c的物質的量為1mol，c 的物質的量不能低于平衡時的物質的量0.4mol，所以c的物質的量為：0.4＜n(c)≤1mol，故答案為：0.4＜n(c)≤1。