Question

聯(lián)合國氣候變化大會2009年12月7日在丹麥首都哥本哈根拉開帷幕，降低大氣中CO₂的含量及有效地開發(fā)利用CO₂，引起了各國的普遍重視．
（1）工業(yè)上有一種方法是用CO₂來生產燃料甲醇．298.15K時，CO₂、H₂、與CH₃OH、H₂O的平均能量與合成甲醇反應的活化能的曲線圖如圖所示，據圖回答問題：

①寫出合成甲醇反應的熱化學方程式

CO₂（g）+3H₂（g）CH₃OH（g）+H₂O（g）△H=-（n-m）kJ?mol^-1

；
②在圖中曲線

b

（填“a”或“b”）表示加入催化劑的能量變化曲線，催化劑能加快反應速率的原理是

催化劑能降低該反應的活化能，提高活化分子的百分數，化學反應速率加快

；
③在體積為l L的密閉容器中，充入lmol CO₂和3mol H₂，測得CO₂和CH₃OH（g）的濃度隨時間變化如圖所示．

從反應開始到平衡，甲醇的平均反應速率v（CH₃OH）=

0.075mol?L^-1?min^-1

；
該反應的平衡常數k=

16

3

．
（2）乙醇是重要的化工產品和液體燃料，同樣可以利用CO₂反應制取乙醇：
2CO₂（g）+6H₂（g） CH₃CH₂OH（g）+3H₂O（g）   25℃時，K=2.95×10¹¹
在一定壓強下，測得反應的實驗數據如下表．分析表中數據回答下列問題：

	500	600	700	800
1.5	45	33	20	12
2.0	60	43	28	15
3.0	83	62	37	22

①溫度升高，K值

減小

（填“增大”、“減小”、或“不變”）．
②提高氫碳比[n（H₂）/n（CO₂）]，K值

不變

（填“增大”、“減小”、或“不變”），對生成乙醇

有利

（填“有利”或“不利”）．
③在右圖的坐標系中作圖說明壓強變化對反應①的化學平衡的影響．并對圖中橫坐標、縱坐標的含義作必要的標注．

Answer 1

分析：（1）①根據能量守恒計算出反應熱，再根據熱化學方程式的書寫解答；
②使用催化劑改變反應歷程，降低該反應的活化能，提高活化分子的百分數，化學反應速率加快，不影響反應熱；
③根據圖表用三段式解題法計算出平衡時反應混合物各組分的濃度，根據v=

△c

△t

計算v（CH₃OH）；代入該反應的平衡常數為k=

c(H2O)c(CH3OH)

c(CO2)[C(H2)]3

計算平衡常數；
（2）①根據表格可知，其它條件不變時，升高溫度，CO₂轉化率減小，說明平衡向逆反應方向移動；
②平衡常數k只受溫度影響，溫度不變，平衡常數不變；
根據表格可知，其它條件不變時，提高氫碳比[n（H₂）/n（CO₂）]，CO₂轉化率增大，說明平衡向正反應方向移動；
③該反應為反應前后氣體體積減小的反應，增大壓強平衡向體積減小的反應方向移動，即向正反應移動，乙醇的含量增大，H₂、CO₂，含量降低，據此作圖．

解答：解：（1）由圖可知，反應熱△H=-（n-m） kJ?mol^-1，熱化學反應方程式為CO₂（g）+3H₂（g） CH₃OH（g）+H₂O（g）△H=-（n-m） kJ?mol^-1，故答案為：CO₂（g）+3H₂（g） CH₃OH（g）+H₂O（g）△H=-（n-m） kJ?mol^-1；
②催化劑改變反應歷程，降低該反應的活化能，反應熱取決于反應物與生成物的總能量，與途徑無關，不影響反應熱，所以b線表示使用催化劑；催化劑改變反應歷程，降低該反應的活化能，提高活化分子的百分數，化學反應速率加快，
故答案為：b；催化劑能降低該反應的活化能，提高活化分子的百分數，化學反應速率加快；
③利用三段式解題法計算   
                CO₂（g）+3H₂（g） CH₃OH（g）+H₂O（g），
開始（mol/L）：1        3                0        0
變化（mol/L）：0.75     2.25             0.75      0.75 
平衡（mol/L）：0.25    0.75             0.75      0.75
從反應開始到平衡，甲醇的平均反應速率v（CH₃OH）=

0.75mol/L

10min

=0.075 mol?L^-1?min^-1，
平衡常數為k=

c(H2O)c(CH3OH)

c(CO2)[C(H2)]3

=

0.75×0.75

0.25×(0.75)3

=

16

3

，
故答案為：0.075 mol?L^-1?min^-1；

16

3

；  
（2）①根據表格可知，其它條件不變時，升高溫度，CO₂轉化率減小，說明平衡向逆反應方向移動，k值減小，故答案為：減小；
②平衡常數k只受溫度影響，溫度不變，平衡常數不變，所以提高氫碳比[n（H₂）/n（CO₂）]，K值不變；
根據表格可知，其它條件不變時，提高氫碳比[n（H₂）/n（CO₂）]，CO₂轉化率增大，說明平衡向正反應方向移動，有利于的合成．
故答案為：不變；有利；
③該反應為反應前后氣體體積減小的反應，增大壓強平衡向體積減小的反應方向移動，即向正反應移動，乙醇的含量增大，H₂、CO₂，含量降低，如圖所示
或，故答案為：或．

點評：本題考查熱化學反應方程式、平衡計算、平衡常數及讀圖表獲取信息能力，難度中等，注意把握影響平衡移動的因素以及平衡移動方向的判斷、平衡常數的書寫來解答．