Question

【题目】甲醇是一种可再生能源，由CO2制备甲醇的过程可能涉及的反应如下：

反应Ⅰ：CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g) △H1=-49.58kJ·mol-1

反应Ⅱ：CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g) △H2

反应Ⅲ：CO(g)+2H2(g)CH3OH(g) △H3=-90.77kJ·mol-1

回答下列问题：

(1)反应Ⅱ的△H2=______________________。

(2)反应Ⅲ能够自发进行的条件是__________(填“较低温度”、“ 较高温度”或“任何温度”)。

(3)恒温，恒容密闭容器中，对于反应Ⅰ，下列说法中能说明该反应达到化学平衡状态的是________。

A．混合气体的密度不再变化B．混合气体的平均相对分子质量不再变化

C．CO2、H2、CH3OH、H2O的物质的量之比为1：3：1：1D．甲醇的百分含量不再变化

(4)对于反应Ⅰ，不同温度对CO2的转化率及催化剂的效率影响如图所示，下列有关说法不正确的是____。

A．其他条件不变，若不使用催化剂，则250℃时CO2的平衡转化率仍位于M

B．温度低于250℃时，随温度升高甲醇的产率增大

C．M点时平衡常数比N点时平衡常数大

D．实际反应应尽可能在较低的温度下进行，以提高CO2的转化率

(5)若在1L密闭容器中充入3molH2和1molCO2发生反应Ⅰ，则图中M点时，产物甲醇的体积分数为_________________；该温度下，反应的平衡常数K=______________L2/mol2；若要进一步提高甲醇体积分数，可采取的措施有____________________________________________。

Answer 1

【答案】+41.19kJ·mol-1较低温度BDBD16.7%0.148(或者)增大压强(降低温度)

【解析】

（1）反应Ⅰ：CO2（g）+3H2（g）CH3OH（g）+H2O（g）△H1=-49.58kJmol-1，反应Ⅱ：CO2（g）+H2（g）CO（g）+H2O（g）△H2，反应Ⅲ：CO（g）+2H2（g）CH3OH（g）△H3=-90.77kJmol-1，根据盖斯定律：Ⅱ=Ⅰ-Ⅲ得反应②的△H2=+41.19 kJmol-1；（2）△G=△H-T△S<0时，反应能够自发进行，该反应的△S<0，△H<0，故反应Ⅲ能够自发进行的条件是较低温度；(3)反应CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g) △H1=-49.58kJ·mol-1为气体体积缩小的放热反应。A．混合气体总质量不变，容器体积不变，混合气体的密度始终不变，不能说明到达平衡，选项A错误；B．混合气体的总质量不变，随反应进行总物质的量增大，故随反应进行平均相对分子质量减小，当平均相对分子质量不再变化时，说明到达平衡，选项B正确；C．CO2、H2、CH3OH、H2O的物质的量之比为1：3：1：1为特殊值，无法说明正逆反应速率相等，不能说明到达平衡，选项C错误；D．随反应进行甲醇的浓度减小，当甲醇的百分含量不再变化时，说明到达平衡，选项D正确；答案选BD； （4）A、催化剂不能影响平衡移动，只能改变反应速率，故250℃时CO2的平衡转化率仍位于M，选项A正确；B、温度低于250℃时，随温度升高平衡逆向进行甲醇的产率减小，选项B不正确；C．升高温度二氧化碳的平衡转化率减小，则升温平衡逆向移动，所以M点时平衡常数比N点时平衡常数大，选项C正确；D．为提高二氧化碳的转化率，平衡正向进行，反应是放热反应，低的温度下进行反应，平衡正向进行，但催化剂的活性、反应速率减小，选项D不正确。答案选BD；(5)若在1L密闭容器中充入3molH2和1molCO2发生反应Ⅰ，则图中M点时二氧化碳的转化率为50%， CO2（g）+3H2（g）CH3OH（g）+H2O（g）

起始浓度（mol/L） 1 3 0 0

改变浓度（mol/L） 0.5 1.5 0.5 0.5

平衡浓度（mol/L） 0.5 1.5 0.5 0.5

则产物甲醇的体积分数为；该温度下，反应的平衡常数K==0.148L2/mol2；反应前后气体体积减小，若要进一步提高甲醇体积分数，可采取的措施有增大压强(降低温度)，平衡正向移动。