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)I. Fe(s)+CO2(g)FeO(s)+CO(g)、II .Fe(s)+H2O(g)FeO(s)+H2(g)，将方程式I-II得CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g)，则化学平衡常数K==·=，温度为973K时，平衡常数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△G=△H-T△S＜0，则△H＜0，故答案为：△H＜0；

②A．降低温度，平衡逆向移动，c(CH3OH)增大，故正确；B．充入He(g)，使体系压强增大，由于容器为恒容容器，各组分浓度不变，平衡不移动，c(CH3OH)不变，故错误；C．将H2O(g)从体系中分离出来，平衡正向移动，c(CH3OH)增大，故正确；D．再充入1mol CO2和3molH2，平衡正向移动，c(CH3OH)增大，故正确．故答案为：ACD；

③在温度T1时，当反应达到平衡时，测得n(H2)=2.4mol，则平衡时n(CO2)=1mol-×(3mol-2.4mol)=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)=0.82mol，说明平衡向正反应方向移动，反应为放热反应，降低温度平衡向正反应方向移动，故答案为：＞；

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

②设二氧化碳反应量为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-x3-3x x x

甲中平衡后气体的压强为开始时的0.8倍，即(4-2x)/4=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的物质的量为1mol，c 的物质的量不能低于平衡时的物质的量0.4mol，所以c的物质的量为：0.4＜n(c)≤1mol，故答案为：0.4＜n(c)≤1。