Question

【題目】隨著人類對溫室效應和資源短缺等問題的重視，如何降低大氣中CO2的含量及有效地開發利用CO2，引起了各國的普遍重視。

⑴目前工業上有一種方法是用CO2來生產燃料甲醇。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1mol CO2和3mol H2，一定條件下發生反應：CO2(g)＋3H2(g)CH3OH(g)＋H2O(g) △H＝－49.0kJ/mol，測得CO2和CH3OH(g)的濃度隨時間變化如圖所示。

①從反應開始到平衡，氫氣的平均反應速率v(H2)＝_____mol/(L·min)。

②該反應的平衡常數表達式為K=_________。

③下列措施中能使n(CH3OH)／n(CO2)增大的是___________。

A．升高溫度 B．充入He(g)，使體系壓強增大

C．將H2O(g)從體系中分離 D．再充入1mol CO2和3mol H2

⑵有人提出，可以設計反應2CO(g)＝2C(s)＋O2(g) 通過其自發進行來消除CO的污染。該方案_______(填“是”、“否”)可行，理由是：_______。

Answer 1

【答案】0.225 CD 否 該反應△H＞0、△S＜0，因而△G＞0，不能自發進行

【解析】

(1)①根據v=計算；

②根據平衡常數等于生成物的濃度冪之積除以反應物的濃度冪之積計算；

③要使n(CH3OH)/n(CO2)增大，應使平衡向正反應方向移動；

(2)根據△G的大小判斷反應能否進行。

(1)①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，氫氣的平均反應速率v(H2)==0.225 molL-1min-1；

②平衡常數等于生成物的濃度冪之積除以反應物的濃度冪之積，則K=；

③要使n(CH3OH)/n(CO2)增大，應使平衡向正反應方向移動；A．因正反應放熱，升高溫度平衡向逆反應方向移動，則n(CH3OH)/n(CO2)減小，故A錯誤；B．充入He(g)，使體系壓強增大，但對反應物質來說，濃度沒有變化，平衡不移動，n(CH3OH)/n(CO2)不變，故B錯誤；C．將H2O(g)從體系中分離，平衡向正反應方法移動，n(CH3OH)/n(CO2)增大，故C正確；D．再充入1mol CO2和3mol H2，等效于在原來基礎上縮小體積一半，壓強增大，平衡向正反應方向移動，則n(CH3OH)/n(CO2)增大，故D正確；故答案為CD；

(2)已知反應2CO=2C+O2的△H＞0、△S＜0，則△G=△H-T△S＞0，反應是一個焓增、熵減的反應，任何情況下不能自發進行。