Question

【題目】Ⅰ.如何降低大氣中CO2的含量及有效利用CO2，目前已引起各國普遍重視。

（1）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1molCO2和3molH2，在500℃下發生反應：CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)。實驗測得CO2(g)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)=__；

②圖2是改變溫度時H2的化學反應速率隨時間變化的示意圖，則該反應的正反應是__熱（填“吸”或“放”）反應。

③該反應的平衡常數K為__（保留兩位小數）。若提高溫度到800℃進行，達平衡時，K值__（填“增大”、“減小”或“不變”），

④500℃達平衡時，CH3OH的體積分數ω為__。

Ⅱ.（2）工業上可利用煤的氣化產物（CO和H2）合成二甲醚(CH3OCH3)，其三步反應如下：

①2H2(g)+CO(g)CH3OH(g) △H=-90.8kJmol-1

②2CH3OH(g)CH3OCH3(g)+H2O(g) △H=-23.5kJmol-1

③CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g) △H=-41.3kJmol-1

總合成反應的熱化學方程式為__。

（3）一定條件下的密閉容器中，上述總反應達到平衡時，要提高CO的轉化率，可以采取的措施是__（填字母代號）。

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

（4）已知反應②2CH3OH(g)CH3OCH3(g)+H2O(g)在某溫度下的平衡常數K=400。此溫度下，在密閉容器中加入CH3OH，反應到某時刻測得各組分的濃度如下：

物質	CH3OH	CH3OCH3	H2O
c/molL-1	0.44	0.60	0.60

此時，v(正)__v(逆)（填“>”、“<”或“=”）。

Answer 1

【答案】0.225 molL-1min-1 放 5.33 減小 30% 3H2(g)+3CO(g)CH3OCH3(g)+CO2(g) △H=-246.4kJ/mol CE ＞

【解析】

（1）①分析圖1，在10min時CO2、CH3OH的濃度不再發生變化，說明此時反應達到平衡狀態，可先求出CO2的速率，根據同一反應中，各物質的速率之比等于其化學計量數之比，求出H2的速率。

②分析圖2，在t2時，改變溫度，v＇正、v＇逆突然增大，且v＇正＜v＇逆，可知改變的條件為升高溫度，此時反應向逆反應方向移動，據此分析反應是吸熱還是放熱反應。

（1）①由圖可知，10min到達平衡時二氧化碳的濃度變化量為1.00mol/L-0.25mol/L=0.75mol/L，所以v(CO2)=，根據同一反應中，各物質的速率之比等于其化學計量數之比，可知v(H2)=3v(CO2)=3×0.075molL-1min-1=0.225 molL-1min-1，故答案為：0.225 molL-1min-1；

②由圖2可知，正、逆反應速率都增大，為升高溫度，且逆反應速率增大更多，則反應向逆反應進行，故正反應為放熱反應，故答案為：放；

③平衡時二氧化碳的濃度為0.25mol/L，則：

故500℃平衡常數K=。

該反應正反應是放熱反應，若提高溫度，該反應向逆反應方向進行，達平衡時，K值減小。故答案為：5.33；減小；

④由③中計算可知，平衡時CH3OH的體積分數ω=，故答案為：30%；

Ⅱ（2）由蓋斯定律可知，通過①×2+②+③可得3H2(g)+3CO(g)CH3OCH3(g)+CO2(g)，則△H=-90.8kJmol-1×2-23.5kJmol-1-41.3kJmol-1=-246.4kJmol-1，故總合成反應的熱化學方程式為：3H2(g)+3CO(g)CH3OCH3(g)+CO2(g)△H=-246.4kJ/mol，故答案為：3H2(g)+3CO(g)CH3OCH3(g)+CO2(g)△H=-246.4kJ/mol；

（3）A．由于反應放熱，升高溫度平衡向逆反應方向移動，CO轉化率減小，A項錯誤；

B．催化劑不影響平衡移動，CO轉化率不變，B項錯誤；

C．減少CO2的濃度，平衡向正反應方向移動，CO的轉化率增大，C項正確；

D．增加CO的濃度，CO的轉化率反而減小，D項錯誤；

E．分離出二甲醚，平衡向正反應方向移動，CO的轉化率增大，E項正確；

故答案為CE；

（4）濃度商Qc=，即Qc＜K，故反應向正反應方向進行，則v(正)＞v(逆)。故答案為：＞。