Question

【題目】能源、環境與人類生活和社會發展密切相關，研究它們的綜合利用有重要意義。

（1）二氧化碳能引起溫室效應，而對二氧化碳的捕集、利用是當今世界能源領域的一個重要研究方向。工業上用CO2和H2在一定條件下反應可合成二甲醚，已知：CO2(g)+3H2(g)═CH3OH(g)+H2O(g);△H1＝-53.7kJ/mol

CH3OCH3(g)+H2O(g)═2CH3OH(g);△H2＝+23.4kJ/mol

則2CO2(g)+6H2(g)CH3OCH3(g)＋3H2O(g);△H3＝________kJ/mol

（2）在一定條件下CO2和H2充入一定固定容積的密閉容器中，在兩種不同溫度下發生反應：2CO2(g)+6H2(g)CH3OCH3(g)+3H2O(g)，測得CH3OCH3(g)的物質的量隨時間的變化如圖1所示。

①曲線I、Ⅱ對應的平衡常數大小關系為KI________KⅡ(填“＞”或“＝”或“＜”)。

②一定溫度下，若此反應在恒壓容器中進行，不能判斷該反應達到化學平衡狀態依據的是______。

a．混合氣體的密度 b．CH3OCH3(g)和H2O(g)體積比不變

c．c(H2)＝2c(H2O) d．4個C＝O斷裂的同時有6個H-O斷裂

③一定條件下，上述合成二甲醚的反應達到平衡狀態后，若改變反應的某一個條件，下列變化能說明平衡一定向正反應方向移動的是________(填代號)。

A．CO2的轉化率增大 B．逆反應速率先增大后減小

C．容器中的值變大 D．平衡常數增大

（3）合成氣CO和H2在一定條件下能發生如下反應：CO(g)+2H2(g)CH3OH(g);△H。

①在某壓強下，合成甲醇的反應在不同溫度、不同投料比時，CO的轉化率如圖2所示。500K溫度下，將2molCO和4molH2充入2L的密閉容器中，5min后反應達到平衡狀態，則0～5min內的平均反應速率v(CH3OH)＝________。

②△H________0(填“＞”或“＝”或“＜”)。

③上述合成甲醇的過程中提高CO的轉化率可采取的措施有________、________（回答2點）。

Answer 1

【答案】 -130.8 ＞ bc AD 0.12mol/(L·min) ＜ 增大投料比 增大壓強、降低溫度等（選填任意兩個）

【解析】（1）將第一個反應擴大2倍再減去第二個反應得到：2CO2(g)+6H2(g)CH3OCH3(g)＋3H2O(g)；△H3＝-130.8kJ/mol。

（2）①由圖像1得到曲線Ⅰ的反應速率更慢，所以曲線Ⅰ的反應的溫度更低，該反應為放熱反應，溫度降低K值增大，所以KI＞_KⅡ。

②該反應的所有物質都是氣體，所以氣體總質量不變，如果平均分子量不變，這說明氣體的總物質的量不變，該反應的兩邊系數不等，所以總物質的量不變能說明反應已經達到平衡狀態，即選項a能說明反應達平衡。CH3OCH3(g)和H2O(g)是反應的生成物，一定按照1:3的比例生成，所以其體積比不變不能說明反應達平衡，即選項b不能說明反應達平衡。c(H2)＝2c(H2O)，但是沒有強調不變，有可能瞬間相等然后發生變化，所以選項c不能說明反應達平衡。4個C＝O斷裂說明有2個CO2被反應，6個H-O斷裂說明有3個H2O被反應，即說明正逆反應速率相等，選項d能說明反應達平衡。

③CO2的轉化率升高說明有更多的CO2參與了反應，所以說明反應一定正向移動，選項A正確。如果增大反應物濃度，則逆反應速率瞬間增大，再逐漸減小，平衡逆向移動，選項B錯誤。取出一定量的氫氣，則平衡逆向移動，體系中的值變大，選項C錯誤。正反應放熱，平衡常數增大一定是降低了體系溫度，降溫平衡正向移動，選項D正確。

（3）①從圖中得到：500K溫度下，將2molCO和4molH2（即橫坐標為2）充入2L的密閉容器中，達平衡時的CO轉化率為60%，所以參與反應的CO為1.2mol，生成的甲醇也是1.2mol，速率為。

②從圖中得到投料比不變時，溫度越高CO的轉化率越低，說明升溫平衡逆向移動，正反應為放熱反應，△H＜0。

③增加氫氣（即增大投料比）可以提高CO的轉化率；增大壓強、降低溫度都會使平衡正向移動，提高CO的轉化率。