Question

由化學工業出版社2013年出版的《甲醇工藝學》介紹，工業上可利用CO或CO₂來生產燃料甲醇．相關數據如下表所示：

化學反應	平衡常數	溫度℃
		500	700	800
①2H2（g）+CO（g）?CH3OH（g）△H1 ②H2（g）+CO2（g）?H2O（g）+CO（g）△H2 ③3H2（g）+CO2（g）?CH3OH（g）+H2O（g）△H3	K1K2 K3	2.51.0	0.341.70	0.152.52

請回答下列問題：
（1）反應①是

 

（填“吸熱”或“放熱”）反應．
（2）上述三個反應中△H₁、△H₂、△H₃的關系式為

 

．
（3）判斷反應③的△H-T△S

 

0．
（4）反應③是在恒容密閉等溫條件下，當反應達到平衡時，H₂的物質的量濃度為c₁，然后向容器中再加入一定量的H₂，待反應再一次達到平衡后，H₂的物質的量濃度為c₂．則是c₁

 

c₂的關系．（填＞、＜、=）．
（5）CO₂（g）+3H₂（g）=CH₃OH（g）+H₂O（g）△H₃=-a kJ/mol．下列措施中能使

n(CH3OH)

n(CO2)

增大的是

 

（填寫序號）．
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 CH₃OH（g）
（6）500℃，反應CO₂（g）+3H₂（g）═CH₃OH（g）+H₂O（g），△H₃=-a kJ/mol．在1L密閉容器中充入
1mol CO₂、3mol H₂，平衡后熱量變化為Q kJ，CO₂的轉化率為

 

．

Answer 1

考點：反應熱和焓變,化學平衡的影響因素,化學平衡的計算

專題：化學反應中的能量變化,化學平衡專題

分析：（1）依據圖表數據隨溫度變化分析判斷，升溫平衡常數越小，說明平衡逆向進行；
（2）依據熱化學方程式結合蓋斯定律計算分析焓變關系；
（3）依據平衡常數隨溫度升高減小分析，正反應方向是吸熱反應，氣體體積減少的反應分析；
（4）恒容密閉容器、反應后整個體系的壓強比之前來說減小了，加入氫氣雖然正向移動，但是CO₂（g）濃度較小、CH₃OH（g） 濃度增大、H₂O（g）濃度增大，且平衡常數不變；
（5）根據勒夏特列原理，平衡移動只能減弱其變化趨勢，所以加入CH₃OH，平衡雖然逆向移動，但只是減弱了甲醇的增大趨勢，最后還是增大了；
（6）依據熱化學方程式定量關系計算．

解答： 解：（1）溫度越高，平衡常數越小，說明平衡左移，則反應①是放熱反應，故答案為：放熱；
（2）①2H₂（g）+CO（g）?CH₃OH（g）△H₁
②H₂（g）+CO₂（g）?H₂O（g）+CO（g）△H₂
③3H₂（g）+CO₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）△H₃
由蓋斯定律推導，①=③-②，所以焓變關系為△H₁=△H₃-△H₂，
故答案為：△H₁=△H₃-△H₂；
（3）反應③3H₂（g）+CO₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g），平衡常數隨溫度升高減小，正反應方向是吸熱反應△H＞0，反應是氣體體積減少的反應，是一個熵減反應△S＜0，所以△H-T△S＞0，
故答案為：＞；
（4）若是恒容密閉容器、反應后整個體系的壓強比之前來說減小了，加入氫氣雖然正向移動，但是CO₂（g）濃度較小、CH₃OH（g） 濃度增大、H₂O（g）濃度增大，且平衡常數不變達到平衡時H₂的物質的量濃度一定增大，故c₁＜c₂，
故答案為：＜；
（5）a．CO₂（g）+3H₂（g）=CH₃OH（g）+H₂O（g）△H₃=-a kJ/mol．反應特征是氣體體積減小的放熱反應；根據勒夏特列原理分析a．升高溫度平衡逆向進行，

c(CH3OH)

c(CO2)

減小，故a不符合；　　　　　　　　　　
b．充入He（g），使體系壓強增大，分壓不變，平衡不動，故b不符合；
c．將H₂O（g）從體系中分離，平衡正向進行，

c(CH3OH)

c(CO2)

比值增大，故c符合；     
d．再充入1mol CH₃OH（g），平衡移動只能減弱其變化趨勢，所以加入CH₃OH，平衡雖然逆向移動，但只是減弱了甲醇的增大趨勢，最后還是增大了，故d符合；
故答案為：cd；
（6）500℃，反應CO₂（g）+3H₂（g）═CH₃OH（g）+H₂O（g），△H₃=-a kJ/mol，表示1 mol CO₂、3 mol H₂完全反應時放出的熱量是a kJ，實際情況是平衡后熱量變化為Q₁ kJ，二氧化碳的轉化率=

Q a

1

×100%=

Q

a

×100%，也就是反應進行到

Q

a

程度，
故答案為：

Q

a

．

點評：本題考查了熱化學方程式書寫和蓋斯定律的計算應用，化學平衡影響因素分析，平衡移動原理是解題關鍵，題目難度中等．