Question

2．由于溫室效應和資源短缺等問題，如何降低大氣中的CO₂含量并加以開發(fā)利用，引起了各國的普遍重視．目前工業(yè)上有一種方法是用CO₂生產燃料甲醇．一定條件下發(fā)生反應：CO₂（g）+3H₂O（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g），圖1表示該反應進行過程中能量（單位為kJ•mol^-1）的變化．（已知氣體物質的量增加是熵變大的過程）
（1）關于該反應的下列說法中，正確的是C．
A．△H＞0，△S＞0；    B．△H＞0，△S＜0；
C．△H＜0，△S＜0；    D．△H＜0，△S＞0．
（2）為探究反應原理，現(xiàn)進行如下實驗：在體積為1L的密閉容器中，充入1molCO₂和3molH₂，測得CO₂和CH₃OH（g）的濃度隨時間變化如圖2所示．從反應開始到平衡，用氫氣濃度變化表示的平均反應速率v（H₂）：0.225mol•L^-1•min^-1．CO₂的轉化率為75%．此溫度下的K為$\frac{16}{3}$．

Answer 1

分析 （1）由圖1可知，反應物的總能量高于生成物的總能量，該反應為放熱反應，由方程式可知，該反應正反應是氣體的物質的量減小的反應，故正反應為熵減過程；
（2）由圖2可知，甲醇的濃度變化量為0.75mol/L，根據v=$\frac{△c}{△t}$計算v（CH₃OH），再利用速率之比等于化學計量數(shù)之比計算v（H₂）；根據圖象計算出反應消耗二氧化碳的濃度，然后計算出二氧化碳的轉化率；分別計算出平衡時各組分的濃度，然后利用平衡常數(shù)表達式計算出該溫度下的平衡常數(shù)．

解答 解：（1）由圖1可知，反應物的總能量高于生成物的總能量，該反應為放熱反應，即△H＜0，由方程式可知，該反應正反應是氣體的物質的量減小的反應，故正反應為熵減過程，即△S＜0；
故選C；
（2）由圖2可知，10min達平衡時甲醇的濃度變化量為0.75mol/L，所以v（CH₃OH）=$\frac{0.75mol/L}{10min}$=0.075mol/（L•min），速率之比等于化學計量數(shù)之比，所以v（H₂）=3v（CH₃OH）=3×0.075mol/（L•min）=0.225mol/（L•min）；
平衡時二氧化碳的濃度為0.25mol/L，反應開始時二氧化碳的濃度為1mol/L，則二氧化碳的轉化率為：$\frac{1mol/L-0.25mol/L}{1mol/L}$×100%=75%；
平衡時c（CH₃OH）=c（H₂O）=0.75mol/L，c（CO₂）=0.25mol/L，反應消耗二氧化碳濃度為0.75mol/L，則反應消耗氫氣濃度為0.75mol/L×3=2.25mol/L，則達到平衡時氫氣濃度為：c（H₂）=3mol/L-2.25mol/L=0.75mol/L，所以該溫度下該反應的平衡常數(shù)K=$\frac{0.75×0.75}{0.25×0.7{5}^{3}}$=$\frac{16}{3}$，
故答案為：0.225；75%；$\frac{16}{3}$．

點評 本題考查了化學平衡時的計算，題目難度中等，明確化學平衡及其影響為解答關鍵，注意掌握化學平衡常數(shù)的概念及表達式，試題培養(yǎng)了學生的分析能力及化學計算能力．