Question

11．甲醇是一種可再生能源，由CO₂制備甲醇的過程可能涉及的反應(yīng)如下：
反應(yīng)Ⅰ：CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）△H₁=-49.58kJ•mol^-1
反應(yīng)Ⅱ：CO₂（g）+H₂（g）?CO（g）+H₂O（g）△H₂
反應(yīng)Ⅲ：CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）△H₃=-90.77kJ•mol^-1
回答下列問題：
（1）反應(yīng)Ⅱ的△H₂=+41.19 kJ•mol^-1，若反應(yīng)Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ平衡常數(shù)分別為K₁、K₂、K₃，則K₂=$\frac{{K}_{1}}{{K}_{3}}$（用K₁、K₃表示）．
（2）反應(yīng)Ⅲ自發(fā)進(jìn)行條件是較低溫度（填“較低溫度”、“較高溫度”或“任何溫度”）．
（3）在一定條件下2L恒容密閉容器中充入3mol H₂和1.5mol CO₂，僅發(fā)生反應(yīng)Ⅰ，實(shí)驗(yàn)測得不同反應(yīng)溫度與體系中CO₂的平衡轉(zhuǎn)化率的關(guān)系，如表所示．

溫度（℃）	500	T
CO2的平衡轉(zhuǎn)化率	60%	40%

①T高于500℃（填“高于”或“低于”）．
②溫度為500℃時，該反應(yīng)10min時達(dá)到平衡：
a．用H₂表示該反應(yīng)的速率為0.135mol•L^-1•min^-1；
b．該溫度下，反應(yīng)I的平衡常數(shù)K=200L²/mol²．
（4）某研究小組將一定量的H₂和CO₂充入恒容密閉容器中并加入合適的催化劑（發(fā)生反應(yīng)I、Ⅱ、Ⅲ），測得不同溫度下體系達(dá)到平衡時CO₂的轉(zhuǎn)化率（a）及CH₃OH的產(chǎn)率（b），如圖所示．
①該反應(yīng)達(dá)到平衡后，為同時提高反應(yīng)速率和甲醇的生成量，以下措施一定可行的是BD（選填編號）．
A．升高溫度      B．縮小容器體積     C．分離出甲醇     D．增加CO₂的濃度
②據(jù)圖可知當(dāng)溫度高于260℃后，CO的濃度隨著溫度的升高而增大（填“增大”、“減小”、“不變”或“無法判斷”）．

Answer 1

分析 （1）根據(jù)蓋斯定律：Ⅱ=Ⅰ-Ⅲ得反應(yīng)②的△H₂；所以平衡常數(shù)則K₂=$\frac{{K}_{1}}{{K}_{3}}$；
（2）化學(xué)反應(yīng)能否自發(fā)進(jìn)行，取決于焓變和熵變的綜合判據(jù)，當(dāng)△G=△H-T•△S＜0時，反應(yīng)能自發(fā)進(jìn)行，據(jù)此解答；
（3）①正反應(yīng)是放熱反應(yīng)，所以升高溫度二氧化碳的轉(zhuǎn)化率減��；
②a．根據(jù)v=$\frac{△c}{△t}$計(jì)算；
b．平衡常數(shù)等于平衡時生成物濃度冪之積比上反應(yīng)物濃度冪之積；
（4）①該反應(yīng)達(dá)到平衡后，為同時提高反應(yīng)速率和甲醇的生成量，只要加快反應(yīng)速率且使得平衡正向移動的因素都可以；
②根據(jù)反應(yīng)I、反應(yīng)III均為放熱反應(yīng)，溫度升高不利于CO₂、CO轉(zhuǎn)化為甲醇，反應(yīng)II為吸熱反應(yīng)，溫度升高使更多的CO₂轉(zhuǎn)化為CO來回答．

解答 解：（1）反應(yīng)Ⅰ：CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）△H₁=-49.58kJ•mol^-1，反應(yīng)Ⅱ：CO₂（g）+H₂（g）?CO（g）+H₂O（g）△H₂，反應(yīng)Ⅲ：CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）△H₃=-90.77kJ•mol^-1，根據(jù)蓋斯定律：Ⅱ=Ⅰ-Ⅲ得反應(yīng)②的△H₂=+41.19 kJ•mol^-1，所以平衡常數(shù)則K₂=$\frac{{K}_{1}}{{K}_{3}}$；
故答案為：+41.19 kJ•mol^-1；$\frac{{K}_{1}}{{K}_{3}}$；
（2）△G=△H-T•△S＜0時，反應(yīng)能夠自發(fā)進(jìn)行，該反應(yīng)的△S＜0、△H＜0，當(dāng)溫度較低時，反應(yīng)Ⅲ能夠自發(fā)進(jìn)行，
故答案為：較低溫度；
（3）①正反應(yīng)是放熱反應(yīng)，所以升高溫度二氧化碳的轉(zhuǎn)化率減小，則溫度越低轉(zhuǎn)化率越大，即T 高于500℃，故答案為：高于；
②CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）
初起量：1.5mol    3mol            0                  0
變化量：0.9mol    2.7mol      0.9mol           0.9mol
平衡量：0.6mol   0.3mol        0.9mol           0.9mol
a．v=$\frac{\frac{2.7}{2}}{10}$=0.135 mol•L^-1•min^-1，故答案為：0.135 mol•L^-1•min^-1；
b．K=$\frac{\frac{0.9}{2}×\frac{0.9}{2}}{\frac{0.6}{2}×（\frac{0.3}{2}）^{3}}$=200 L²/mol²，故答案為：200 L²/mol²；
（4）①該反應(yīng)達(dá)到平衡后，為同時提高反應(yīng)速率和甲醇的生成量，只要加快反應(yīng)速率且使得平衡正向移動即可．
A．升高溫度，加快反應(yīng)速率且使得平衡逆向移動，不符合，故錯誤；
B．縮小容器體積，即增大壓強(qiáng)，加快反應(yīng)速率且使得平衡正向移動，故正確；
C．分離出甲醇，不能加快反應(yīng)速率，故錯誤；
D．增加CO₂的濃度，可以加快反應(yīng)速率且使得平衡正向移動，故正確．
故選BD；
②反應(yīng)I、反應(yīng)III均為放熱反應(yīng)，溫度升高不利于CO₂、CO轉(zhuǎn)化為甲醇，反應(yīng)II為吸熱反應(yīng)，溫度升高使更多的CO₂轉(zhuǎn)化為CO，所以當(dāng)溫度高于260℃后，CO的濃度一定增大，
故答案為：增大．

點(diǎn)評 本題綜合考查學(xué)生蓋斯定律的應(yīng)用、化學(xué)反應(yīng)速率的計(jì)算、化學(xué)平衡移動的影響因素等知識，屬于綜合知識的考查，難度較大．