Question

【题目】反应Fe（s）+CO2（g） FeO（s）+CO（g）的平衡常数为K1；反应Fe（s）+H2O（g）FeO（s）+H2（g）的平衡常数为K2。在不同温度时K1、K2的值如下表：

温度（绝对温度）	K1	K2
973	1.47	2.38
1173	2.15	1.67

（1）计算温度为973K时，反应CO2（g）+H2（g） CO（g）+H2O（g） K=__________；

（2）目前工业上有一种方法是用CO2来生产甲醇：CO2(g)＋3H2(g) CH3OH(g)＋H2O(g)， 在体积为1 L的恒容密闭容器中，充入1 mol CO2和3 mol H2进行反应。

①该反应能够自发进行的原因是___________________________。

②下列措施中能使c(CH3OH)增大的是________。

a．降低温度 b．充入He(g)，使体系压强增大

c．将H2O(g)从体系中分离出来 d．再充入1 mol CO2和3 mol H2

③在温度T1时，当反应达到平衡时，测得n(H2)＝2.4 mol；其他条件不变，在温度T2时，当反应达到平衡时，测得n(CO2)＝0.82 mol，则T2________T1(填“＞”、“＜”或“＝”)。

（3）某实验将一定量的CO2和H2充入一定体积的密闭容器中，在两种不同条件下发生反应：CO2(g) ＋3H2(g) CH3OH(g)＋H2O(g) ΔH＝－49.0 kJ·mol－1。测得CH3OH的物质的量随时间变化如下图所示，回答问题：

①曲线I、Ⅱ对应的平衡常数大小关系为KⅠ________KⅡ(填“＞”、“＜”或“＝”)。

②一定温度下，在容积相同且固定的两个密闭容器中，按如下方式投入反应物，一段时间后达到平衡。

容器	甲	乙
反应物 投入量	1 mol CO2、3 mol H2	a mol CO2、b mol H2、 c mol CH3OH(g)、c mol H2O(g)

若甲中平衡后气体的压强为开始时的0.8倍，要使平衡后乙与甲中相同组分的浓度相等，且起始时维持反应逆向进行，则c的取值范围为________________ 。

Answer 1

【答案】0.62△H＜0acd＞＞0.4＜c≤1

【解析】

(1)①i．Fe(s)+CO2(g)FeO(s)+CO(g)，K1=，ii．Fe(s)+H2O(g)FeO(s)+H2(g)，K2=，方程式i-ii得CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g)则K==，温度为973K时：K==0.62，故答案为：0.62；

(2)①CO2(g)＋3H2(g) CH3OH(g)＋H2O(g)，反应的△S＜0，要使得反应能够自发进行，需要△G=△H-T△S＜0，则△H＜0，故答案为：△H＜0；

②根据①的分析，CO2(g)＋3H2(g) CH3OH(g)＋H2O(g) △H＜0。a．降低温度，平衡正向移动，c(CH3OH)增大，正确；b．充入He(g)，使体系压强增大，平衡不移动，c(CH3OH)不变，错误；c．将H2O(g)从体系中分离出来，平衡正向移动，c(CH3OH)增大，正确；d．再充入1 mol CO2和3 mol H2，平衡正向移动，c(CH3OH)增大，正确；故选acd；

③在温度T1时，当反应达到平衡时，测得n(H2)＝2.4 mol，根据方程式CO2(g)＋3H2(g) CH3OH(g)＋H2O(g)，反应0.6mol氢气，同时反应0.2mol二氧化碳，剩余二氧化碳0.8mol；其他条件不变，在温度T2时，当反应达到平衡时，测得n(CO2)＝0.82 mol，说明平衡逆向移动，因此需要升高温度，即T2＞T1，故答案为：＞；

(3)①根据图像分析可知，先拐先平，Ⅱ温度高，反应是放热反应，升高温度，平衡逆向进行，平衡常数减小，所以K1＞K2，故答案为：＞；

②设反应的二氧化碳的物质的量为x

CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)

初始量(mol)：1 3 0 0

转化量(mol)：x 3x x x

平衡量(mol)：1-x 3-3x x x

甲中平衡后气体的压强为开始时的0.8倍，即=0.8 ，解得x=0.4mol，依题意：甲、乙为等同平衡，且起始时维持反应逆向进行，所以全部由生成物投料，c= 1，c 的物质的量不能低于平衡时的物质的量0.4mol，所以c的范围为：0.4＜n(c)≤1，故答案为：0.4＜c≤1。