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1molCO₂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）=______mol/（L?min）．
②下列措施中能使n（CH₃OH）/n（CO₂）增大的是______．
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1molCO₂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0.20molCH₄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______（填“增大”、“減小”或“不變”），平衡向______方向移動．
（2）反應①的△H₁______0（填“＜”、“=”或“＞”），其平衡常數表達式為K=______，壓強為P₁，100℃時的平衡常數值是______．

Answer 1

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1molCO₂和3molH₂，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．