Question

17．降低大氣中CO₂的含量及有效地開發利用CO₂，已引起了各國的普遍重視．工業上用CO、CO₂來生產燃料甲醇、乙醇．
（1）圖1表示CO（g）和H₂（g）生成CH₃OH（g）的反應過程中能量的變化（曲線a未使用催化劑，曲線b使用催化劑）．寫出該條件下該反應的熱化學方程式：CO（g）+2H₂（g）=CH₃OH（g）△H=-91 kJ/mol．
（2）為探究反應CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）的原理，在體積為1L的密閉容器A中，充入1molCO₂和3molH₂，一定條件下發生反應，測得CO₂和CH₃OH（g）的濃度隨時間變化如圖2所示．
①從反應開始到平衡，H₂的平均反應速率v（H₂）=0.225mol/（L．min）；CO₂的轉化率為75%．
②該溫度下，反應達到平衡時，下列關系式正確的是a（填序號）．
a．v_正（CO₂）=v_逆（H₂O（g））   b．$\frac{{P}_{起始}}{{P}_{平衡}}$=2   c．v_正（H₂）=v_逆（CO₂）d．$\frac{{P}_{起始}}{{P}_{平衡}}$=1．
③該溫度下，反應的平衡常數=$\frac{16}{3}$．
④若在體積1L的密閉容器B中，充入2molCO₂和6molH₂，在與A相同的條件下達到平衡，則兩容器中H₂的轉化率：A容器＜B容器（填“＜”“＞”或“=”）．
（3）工業上以CO₂和H₂為原料合成乙醇：2CO₂（g）+6H₂（g）?CH₃CH₂OH（g）+3H₂O（g），在一定壓強下，測得的實驗數據如下表：

溫度（K） CO2轉化率（%） n（H2）/n（CO2）	500	600	700	800
1.5	45	33	20	12
2	60	X	28	15
3	83	62	37	22

①溫度升高，該反應的平衡常數K值減小（填“增大”、“減小”或“不變”）．
②表中X的取值范圍是33＜X＜60．

Answer 1

分析 （1）由圖可知，1molCO（g）與2molH₂（g）反應生成1molCH₃OH（g）放出的熱量為419kJ-510kJ=91kJ，注明物質的聚集狀態與反應熱書寫熱化學方程式；
（2）在體積為1L的密閉容器A中，充入1molCO₂和3molH₂，10min到達平衡，平衡時CO₂和CH₃OH（g）的濃度分別為0.25mol/L、0.75mol/L，則：
                CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）
起始濃度（mol/L）：1       3          0         0
變化濃度（mol/L）：0.75    2.25       0.75      0.75
平衡濃度（mol/L）：0.25    0.75       0.75      0.75
①根據v=$\frac{△c}{△t}$計算v（H₂），轉化率=$\frac{濃度變化量}{起始濃度}$×100%；
②反應到達平衡時，不同物質表示的正逆速率之比等于其化學計量數之比，壓強之比等于總物質的量濃度之比；
③根據K=$\frac{c（C{H}_{3}OH）×c（{H}_{2}O）}{c（C{O}_{2}）×{c}^{3}（{H}_{2}）}$計算平衡常數；
④若在體積1L的密閉容器B中，充入2molCO₂和6molH₂，等效為在A容積中平衡基礎上增大壓強，平衡正向移動，反應物轉化率增大；
（3）①由表中數據可知，n（H₂）：n（CO₂）一定時，溫度越高二氧化碳的轉化率越小，說明升高溫度平衡逆向移動；
②增大氫氣物質的量，有利于平衡正向移動，二氧化碳轉化率增大，而溫度越高二氧化碳的轉化率越小．

解答 解：（1）由圖可知，1molCO（g）與2molH₂（g）反應生成1molCH₃OH（g）放出的熱量為419kJ-510kJ=91kJ，熱化學方程式為CO（g）+2H₂（g）=CH₃OH（g）△H=-91 kJ/mol，
故答案為：CO（g）+2H₂（g）=CH₃OH（g）△H=-91 kJ/mol；
（2）在體積為1L的密閉容器A中，充入1molCO₂和3molH₂，10min到達平衡，平衡時CO₂和CH₃OH（g）的濃度分別為0.25mol/L、0.75mol/L，則：
               CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）
起始濃度（mol/L）：1       3        0         0
變化濃度（mol/L）：0.75    2.25     0.75      0.75
平衡濃度（mol/L）：0.25    0.75     0.75      0.75
①v（H₂）=$\frac{2.25mol/L}{10min}$=0.225mol/（L．min），CO₂轉化率=$\frac{0.75mol/L}{1mol/L}$×100%=75%，
故答案為：0.225mol/（L．min）；75%；
②反應到達平衡時，不同物質表示的正逆速率之比等于其化學計量數之比，則平衡時：v_正（CO₂）=v_逆（H₂O（g），v_正（H₂）=3v_逆（CO₂），壓強之比等于總物質的量濃度之比，則$\frac{{P}_{起始}}{{P}_{平衡}}$=$\frac{1+3}{0.25+0.75×3}$=$\frac{8}{5}$，
故選：a；
③該溫度下，平衡常數K=$\frac{c（C{H}_{3}OH）×c（{H}_{2}O）}{c（C{O}_{2}）×{c}^{3}（{H}_{2}）}$=$\frac{0.75×0.75}{0.25×0.7{5}^{3}}$=$\frac{16}{3}$，
故答案為：$\frac{16}{3}$；
④若在體積1L的密閉容器B中，充入2molCO₂和6molH₂，等效為在A容積中平衡基礎上增大壓強，平衡正向移動，反應物轉化率增大，兩容器中H₂的轉化率：A容器＜B容器，
故答案為：＜；
（3）①由表中數據可知，n（H₂）：n（CO₂）一定時，溫度越高二氧化碳的轉化率越小，說明升高溫度平衡逆向移動，平衡常數減小，
故答案為：減小；
②增大氫氣物質的量，有利于平衡正向移動，二氧化碳轉化率增大，而溫度越高二氧化碳的轉化率越小，故X的取值范圍為：33＜X＜60，
故答案為：33＜X＜60．

點評 本題考查化學平衡計算與影響因素、化學平衡狀態、反應速率計算、平衡常數、熱化學方程式書寫等，是對學生綜合能力的考查，難度中等．