Question

工業(yè)上可以利用廢氣中的CO₂為原料制取甲醇，其反應(yīng)方程式為：CO₂+3H₂CH₃OH+H₂O。請(qǐng)回答下列問(wèn)題：
（1）已知常溫常壓下下列反應(yīng)的能量變化如下圖所示：

1molCO(g)+1mol H2O(l)

1molCO(g)+2mol H2(g)

1molCH3OH(l)

1molCO2(g)+1mol H2(g)

寫(xiě)出由二氧化碳和氫氣制備甲醇的熱化學(xué)方程式__               _。
該反應(yīng)的△S­­­­­­­­­­­­­­____0(填“>”或“<”或“=”)，在 ______情況下有利于該反應(yīng)自發(fā)進(jìn)行。
（2）如果上述反應(yīng)方程式的平衡常數(shù)K值變大，則該反應(yīng)__     （選填編號(hào)）。
A．一定向正反應(yīng)方向移動(dòng)   B．在平衡移動(dòng)時(shí)正反應(yīng)速率先增大后減小
C．一定向逆反應(yīng)方向移動(dòng)    D．在平衡移動(dòng)時(shí)逆反應(yīng)速率先減小后增大
（3）如果上述反應(yīng)在體積不變的密閉容器中發(fā)生，能說(shuō)明反應(yīng)已達(dá)到平衡狀態(tài)的是       __     （選填編號(hào)）。
A．3v_正(H₂)=v_逆(CO₂)        B．C(H₂) = C(CO₂)
C．容器內(nèi)氣體的密度不變    D．容器內(nèi)壓強(qiáng)不變
（4）若反應(yīng)的容器容積為2.0L，反應(yīng)時(shí)間4.0 min，容器內(nèi)氣體的密度增大了2.0g/L，在這段時(shí)間內(nèi)CO₂的平均反應(yīng)速率為           。反應(yīng)在t₁時(shí)達(dá)到平衡，過(guò)程中c(CO₂)隨時(shí)間t變化趨勢(shì)曲線右圖所示。保持其他條件不變，t₁時(shí)將容器體積壓縮到1L，請(qǐng)畫(huà)出t₁后c(CO₂)隨時(shí)間t變化趨勢(shì)曲線(t₂達(dá)到新的平衡)。

Answer 1

（1）3H₂(g) + CO₂(g)= CH₃OH(l)+ H₂O(l)；ΔH=－50KJ/mol；<； 低溫；（2）A、D；
（3）CD；（4）0.01mol.L^-1.min^-1；畫(huà)圖

解析試題分析：（1）根據(jù)題意可得熱化學(xué)方程式：①CO(g)+H₂O(l)=CO₂(g)+H₂(g) ΔH=－41KJ/mol; ②CO(g) +H₂(g) =CH₃OH(l)ΔH=－91KJ/mol; ②－①，整理可得3H₂(g) + CO₂(g)= CH₃OH(l)+ H₂O(l)；ΔH=－50KJ/mol;由方程式可知，該反應(yīng)是一個(gè)體系的混亂程度減小的反應(yīng)。所以△S­­­­­­­­­­­­­­<0；由于該反應(yīng)的正反應(yīng)是放熱反應(yīng)，所以反應(yīng)在低溫情況下有利于該反應(yīng)自發(fā)進(jìn)行。（2）由于該反應(yīng)的正反應(yīng)是放熱反應(yīng)，所以上述反應(yīng)方程式的平衡常數(shù)K值變大，則平衡正向移動(dòng)。由于K只與溫度有關(guān)，而與壓強(qiáng)、濃度等無(wú)關(guān)，所以只有溫度降低才可以滿足條件。當(dāng)降溫時(shí)，V正、V逆都減小，V逆減小的多，V正>V逆，平衡正向移動(dòng)，逆反應(yīng)速率先減小后又略有增加。因此選項(xiàng)為A、D。（3）A．若反應(yīng)達(dá)到平衡，則v_正(H₂)= 3v_逆(CO₂)。錯(cuò)誤。B．由于二者消耗時(shí)是按照3:1的物質(zhì)的量的關(guān)系消耗的，所以在開(kāi)始加入的這兩種氣體只有按照某一確定的比例混合，達(dá)到平衡時(shí)才有關(guān)系：C(H₂) = C(CO₂)。因此不能作為判斷平衡的標(biāo)志。錯(cuò)誤。C．由于生成物有液態(tài)物質(zhì)，若反應(yīng)未達(dá)到平衡，則氣體的質(zhì)量就會(huì)發(fā)生變化，氣體的密度也會(huì)發(fā)生改變。因此容器內(nèi)氣體的密度不變，可以作為判斷平衡的標(biāo)志。正確。D．該反應(yīng)是反應(yīng)前后氣體體積不等的反應(yīng)，如果未達(dá)到平衡，則氣體的物質(zhì)的量就會(huì)發(fā)生變化，則容器內(nèi)氣體的壓強(qiáng)就會(huì)改變。因此容器內(nèi)壓強(qiáng)不變可以作為判斷平衡的標(biāo)志。正確。（4）反應(yīng)的容器容積為2.0L，容器內(nèi)氣體的密度增大了2.0g/L，則氣體的質(zhì)量增加了2.0g/L×2.0L=4.0g.其中增加的CO₂的質(zhì)量為；所以Δn(CO₂)=" Δm÷M="  =0.08mol,因此V(CO₂)= Δc(CO₂)÷Δt="(0.08mol" ÷2L)÷4min = 0.01mol/(L·min)。
由圖像可知：反應(yīng)CO₂(g)+3H₂(g)CH₃OH(l)+H₂O(l)中起始時(shí)c(CO₂)=0.10mol/L，平衡時(shí)c(CO₂)=0.025mol/L，則Δc(CO₂)=0.075mol/L，所以平衡時(shí)各物質(zhì)的濃度為：c(H₂)=0.075mol/L，該反應(yīng)的平衡常數(shù)；當(dāng)保持其他條件不變，t₁時(shí)將容器體積壓縮到1L，c(CO₂)=0.05mol/L，c(H₂)=0.15mol/L，平衡向右移動(dòng)，設(shè)消耗c(CO₂)=xmol/L,則消耗c(H₂)=3xmol/L，平衡時(shí)各物質(zhì)的濃度分別為c(CO₂)="(0.05-x)mol/L" ，c(H₂)="(0.15-3x)mol/L" ，平衡常數(shù)不變。即，解得x= 0.025mol/L，則t₂達(dá)到新的平衡時(shí)c(CO₂)=0.025mol/L.故t₁后c(CO₂)隨時(shí)間t變化趨勢(shì)曲線為如圖所示。

考點(diǎn)：考查熱化學(xué)方程式的書(shū)寫(xiě)、化學(xué)平衡狀態(tài)的判斷、反應(yīng)的方向性、化學(xué)反應(yīng)速率的計(jì)算、CO₂濃度與時(shí)間圖像的表示。