Question

由于温室效应和资源短缺等问题，如何降低大气中的CO₂含量并加以开发利用，引起了各国的普遍重视。目前工业上有一种方法是用CO₂生产燃料甲醇。一定条件下发生反应：
CO₂(g)+3H₂(g)CH₃OH(g)+H₂O(g)，图1表示该反应过程中能量(单位为kJ·mol^—1)的变化。

（1）写出该反应的热化学方程式                                        。
（2）关于该反应的下列说法中，正确的是          。
A．△H＞0，△S＞0   B．△H＞0，△S＜0     C．△H＜0，△S＜0      D．△H＜0，△S＞0
（3）该反应的平衡常数K的表达式为：               。
（4）温度降低，平衡常数K           （填“增大”、 “不变”或“减小”）。
（5）为探究反应原理，现进行如下实验：在体积为1 L的密闭容器中，充入1 molCO₂和3 molH₂，测得CO₂和CH₃OH(g)的浓度随时间变化如图2所示。从反应开始到平衡，用氢气浓度变化表示的平均反应速率v (H₂)＝                     。
（6）下列措施中能使增大的有           。
A．升高温度
B．加入催化剂
C．将H₂O(g)从体系中分离
D．体积不变，充入He(g)使体系总压强增大

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）

解析试题分析：（1）该工业方法制取甲醇原理为二氧化碳与氢气反应生成甲醇和水，根据图像可知，反应物的总能量高于生成物的总能量，因此该反应是放热反应。反应热等于反应物的总能量和生成物总能量的差值，因此该反应的热化学方程式为CO₂(g)+3H₂(g)CH₃OH(g)+H₂O (g)  △H＝－（n-m）kJ?mol?¹。
（2）由图1可知，反应物的总能量高于生成物的总能量，该反应为放热反应，即△H＜0；由方程式可知，该反应正反应是气体的物质的量减小的反应，故正反应为熵减过程，即△S＜0，所以答案选C。
（3）化学平衡常数是在一定条件下，当可逆反应达到平衡状态时，生成物浓度的幂之积和反应物浓度的幂之积的比值，所以根据可逆反应可逆反应CO₂(g)+3H₂(g)CH₃OH(g)+H₂O (g)可知，该可逆反应的平衡常数K＝。
（4）该反应正反应是放热反应，降低温度平衡向正反应移动，平衡常数增大。
（5）由图2可知，10min达平衡时甲醇的浓度变化量为0.75mol/L，所以v（CH₃OH）＝＝0.075mol?L^-1?min^-1。又因为反应速率之比等于化学计量数之比，因此v（H₂）＝3v（CH₃OH）＝0.075mol?L^-1?min^-1×3＝0.225mol?L^-1?min^-1。
（6）使增大，改变条件使平衡向正反应移动即可。但只增大二氧化碳的浓度会使该比值减小，则A、升高温度，平衡向逆反应移动，减小，故A错误；B、加入催化剂，平衡不移动，不变，故B错误；C、将H₂O（g）从体系中分离，平衡向正反应移动，增大，故C正确；D、充入He（g），压强增大，但反应混合物的浓度不变，平衡不移动，不变，故D错误；答案选C。
考点：考查热化学方程式的书写、外界条件对平衡状态和平衡常数的影响、反应速率的计算等