Question

由于溫室效應和資源短缺等問題，如何降低大氣中的CO₂含量并加以開發利用，引起了各國的普遍重視。目前工業上有一種方法是用CO₂生產燃料甲醇。一定條件下發生反應：
CO₂(g)+3H₂(g)CH₃OH(g)+H₂O(g)，圖1表示該反應過程中能量(單位為kJ·mol^—1)的變化。

（1）寫出該反應的熱化學方程式                                        。
（2）關于該反應的下列說法中，正確的是          。
A．△H＞0，△S＞0   B．△H＞0，△S＜0     C．△H＜0，△S＜0      D．△H＜0，△S＞0
（3）該反應的平衡常數K的表達式為：               。
（4）溫度降低，平衡常數K           （填“增大”、 “不變”或“減小”）。
（5）為探究反應原理，現進行如下實驗：在體積為1 L的密閉容器中，充入1 molCO₂和3 molH₂，測得CO₂和CH₃OH(g)的濃度隨時間變化如圖2所示。從反應開始到平衡，用氫氣濃度變化表示的平均反應速率v (H₂)＝                     。
（6）下列措施中能使增大的有           。
A．升高溫度
B．加入催化劑
C．將H₂O(g)從體系中分離
D．體積不變，充入He(g)使體系總壓強增大

Answer 1

（1）CO₂(g)+3H₂(g)CH₃OH(g)+H₂O (g)  △H＝－（n-m）kJ?mol?¹（2分）
（2）C（1分）    （3） （1分）
（4）增大（1分）  （5）0.225mol/（L·min）（1分）    （6）C（1分）

解析試題分析：（1）該工業方法制取甲醇原理為二氧化碳與氫氣反應生成甲醇和水，根據圖像可知，反應物的總能量高于生成物的總能量，因此該反應是放熱反應。反應熱等于反應物的總能量和生成物總能量的差值，因此該反應的熱化學方程式為CO₂(g)+3H₂(g)CH₃OH(g)+H₂O (g)  △H＝－（n-m）kJ?mol?¹。
（2）由圖1可知，反應物的總能量高于生成物的總能量，該反應為放熱反應，即△H＜0；由方程式可知，該反應正反應是氣體的物質的量減小的反應，故正反應為熵減過程，即△S＜0，所以答案選C。
（3）化學平衡常數是在一定條件下，當可逆反應達到平衡狀態時，生成物濃度的冪之積和反應物濃度的冪之積的比值，所以根據可逆反應可逆反應CO₂(g)+3H₂(g)CH₃OH(g)+H₂O (g)可知，該可逆反應的平衡常數K＝。
（4）該反應正反應是放熱反應，降低溫度平衡向正反應移動，平衡常數增大。
（5）由圖2可知，10min達平衡時甲醇的濃度變化量為0.75mol/L，所以v（CH₃OH）＝＝0.075mol?L^-1?min^-1。又因為反應速率之比等于化學計量數之比，因此v（H₂）＝3v（CH₃OH）＝0.075mol?L^-1?min^-1×3＝0.225mol?L^-1?min^-1。
（6）使增大，改變條件使平衡向正反應移動即可。但只增大二氧化碳的濃度會使該比值減小，則A、升高溫度，平衡向逆反應移動，減小，故A錯誤；B、加入催化劑，平衡不移動，不變，故B錯誤；C、將H₂O（g）從體系中分離，平衡向正反應移動，增大，故C正確；D、充入He（g），壓強增大，但反應混合物的濃度不變，平衡不移動，不變，故D錯誤；答案選C。
考點：考查熱化學方程式的書寫、外界條件對平衡狀態和平衡常數的影響、反應速率的計算等