Question

18．甲醇是一種可再生能源，由CO₂制備甲醇的過程可能涉及的反應(yīng)如下：
反應(yīng)Ⅰ：CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）△H₁=-49.58kJ•mol^-1
反應(yīng)Ⅱ：CO₂（g）+H₂（g）?CO（g）+H₂O（g）△H₂
反應(yīng)Ⅲ：CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）△H₃=-90.77kJ•mol^-1
回答下列問題：
（1）反應(yīng)Ⅱ的△H₂=+41.19 kJ•mol^-1．
（2）反應(yīng)Ⅲ能夠自發(fā)進行的條件是較低溫度（填“較低溫度”、“較高溫度”或“任何溫度”）．
（3）恒溫，恒容密閉容器中，對于反應(yīng)Ⅰ，下列說法中能說明該反應(yīng)達到化學平衡狀態(tài)的是BD．
A．混合氣體的密度不再變化
B．混合氣體的平均相對分子質(zhì)量不再變化
C．CO₂、H₂、CH₃OH、H₂O的物質(zhì)的量之比為1：3：1：1
D．甲醇的百分含量不再變化
（4）對于反應(yīng)Ⅰ，不同溫度對CO₂的轉(zhuǎn)化率及催化劑的效率影響如圖所示，下列有關(guān)說法不正確的     是ABD．
A．不同條件下反應(yīng)，N點的速率最大
B．溫度低于250℃時，隨溫度升高乙烯的產(chǎn)率增大
C．M點時平衡常數(shù)比N點時平衡常數(shù)大
D．實際反應(yīng)應(yīng)盡可能在較低的溫度下進行，以提高CO₂的轉(zhuǎn)化率
（5）若在1L密閉容器中充入體積比為 3：1的 H₂ 和CO₂發(fā)生反應(yīng)Ⅰ，則圖中M點時，產(chǎn)物甲醇的體積分數(shù)為16.7%；該溫度下，反應(yīng)的平衡常數(shù)K=0.148；若要進一步提高甲醇的體積分數(shù)，可采取的措施有增大壓強．

Answer 1

分析 （1）根據(jù)蓋斯定律：Ⅱ=Ⅰ-Ⅲ得反應(yīng)②的△H₂；
（2）化學反應(yīng)能否自發(fā)進行，取決于焓變和熵變的綜合判據(jù)，當△G=△H-T•△S＜0時，反應(yīng)能自發(fā)進行；
（3）對于可逆反應(yīng)，化學反應(yīng)到達平衡時，正逆反應(yīng)速率相等，各物質(zhì)的物質(zhì)的量濃度不再發(fā)生變化；
（4）A．溫度升高化學反應(yīng)速率加快，催化劑的催化效率降低；
B．該反應(yīng)是放熱反應(yīng)，升溫平衡逆向移動；
C．反應(yīng)是放熱反應(yīng)，溫度升高平衡逆向進行；
D．溫度越低催化劑活性越小，反應(yīng)速率越慢；
（5）圖中M點時二氧化碳的轉(zhuǎn)化率50%，結(jié)合化學平衡三行計算列式得到，反應(yīng)是氣體體積減小的反應(yīng)增大壓強平衡正向進行．

解答 解：（1）反應(yīng)Ⅰ：CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）△H₁=-49.58kJ•mol^-1，反應(yīng)Ⅱ：CO₂（g）+H₂（g）?CO（g）+H₂O（g）△H₂，反應(yīng)Ⅲ：CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）△H₃=-90.77kJ•mol^-1，根據(jù)蓋斯定律：Ⅱ=Ⅰ-Ⅲ得反應(yīng)②的△H₂=+41.19 kJ•mol^-1；
故答案為：+41.19 kJ•mol^-1；
（2））△G=△H-T•△S＜0時，反應(yīng)能夠自發(fā)進行，該反應(yīng)的△S＜0、△H＜0，當溫度較低時，反應(yīng)Ⅲ能夠自發(fā)進行，
故答案為：較低溫度；
（3）A．由于氣體的質(zhì)量、體積不變，則無論是否達到平衡狀態(tài)，混合氣體的密度都不變化，不能作為判斷是否平衡的依據(jù)，故A錯誤；
B．反應(yīng)前后氣體的物質(zhì)的量不等，混合氣體的平均相對分子質(zhì)量不再變化，可說明氣體的物質(zhì)的量不再變化，說明達到平衡狀態(tài)，故B正確；
C．平衡常數(shù)未知，CO₂、H₂、CH₃OH、H₂O的物質(zhì)的量之比為1：3：1：1，不能判斷是否達到平衡狀態(tài)，故C錯誤；
D．甲醇的百分含量不再變化，可說明達到平衡狀態(tài)，故D正確．
故答案為：BD；
（4）A．化學反應(yīng)速率隨溫度的升高而加快，催化劑的催化效率降低，所以v（M）有可能小于v（N），故A錯誤；
B．溫度低于250℃時，隨溫度升高平衡逆向進行甲醇的產(chǎn)率減小，故B錯誤；
C．升高溫度二氧化碳的平衡轉(zhuǎn)化率減低，則升溫平衡逆向移動，所以M化學平衡常數(shù)大于N，故C正確；
D．為提高CO₂的轉(zhuǎn)化率，平衡正向進行，反應(yīng)是放熱反應(yīng)，低的溫度下進行反應(yīng)，平衡正向進行，但催化劑的活性、反應(yīng)速率減小，故D錯誤；
故答案為：ABD；
（5）若在密閉容器中充入體積比為 3：1的 H₂ 和CO₂，設(shè)為3mol、1mol，則圖中M點時二氧化碳轉(zhuǎn)化率50%，
                   CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）
起始量（mol）  1             3                 0               0
變化量（mol） 0.5         1.5               0.5            0.5
平衡量（mol） 0.5         1.5               0.5            0.5
產(chǎn)物甲醇的體積分數(shù)=$\frac{0.5}{1.5+0.5+0.5+0.5}$×100%=16.7%，
K=$\frac{0.5×0.5}{0.5×1．{5}^{3}}$=0.148，
反應(yīng)前后氣體體積減小，若要進一步提高甲醇的體積分數(shù)，可采取的措施有增大壓強平衡正向進行，
故答案為：16.7%；0.148；增大壓強．

點評 本題考查較為綜合，涉及蓋斯定律、化學平衡計算等知識點，為高考常見題型，側(cè)重考查學生圖象分析、計算能力，明確化學反應(yīng)原理是解本題關(guān)鍵，題目難度不大．