Question

5．科学家利用太阳能分解水生成的氢气在催化剂作用下与二氧化碳反应生成甲醇，并开发出直接以甲醇为燃料的燃料电池．已知H₂（g）、CO（g）和CH₃OH（l）的燃烧热△H分别为-285.8kJ/mol、-283.0kJ/mol和-726.5kJ/mol．请回答下列问题：
（1）在容积为2L的密闭容器中，由 CO₂和H₂合成甲醇，在其他条件不变的情况下，考查温度对反应的影响，实验结果如图所示（注：T₁、T₂均大于300℃）；
下列说法正确的是③④（填序号）
①温度为T₁时，从反应开始到平衡，生成甲醇的平均速率为：v （CH₃OH）=$\frac{{n}_{A}}{{t}_{A}}$mol/（L•min）
②该反应在T₁时的平衡常数比T₂时的小　
③该反应为放热反应
④处于A点的反应体系的温度从T₁变到T₂，达到平衡时$\frac{n{H}_{2}}{nC{H}_{2}OH}$增大
（2）在T₁温度时，将1molCO ₂ 和3molH₂充入一密闭恒容容器中，充分反应达到平衡后，CO₂转化率为α，则容器内的压强与起始压强之比为$\frac{2-α}{2}$．

Answer 1

分析 （1）根据图象中甲醇的变化来计算反应速率，并利用图象中时间与速率的关系来分析T₁、T₂，再利用影响平衡的因素来分析解答；
（2）根据化学平衡的三段法计算平衡时各物质的物质的量，再利用反应前后气体的物质的量之比等于压强之比来解答．

解答 解：（1）根据题给图象分析可知，T₂先达到平衡则T₂＞T₁，由温度升高反应速率增大可知T₂的反应速率大于T₁，又温度高时平衡状态CH₃OH的物质的量少，则说明可逆反应CO₂+3H₂?CH₃OH+H₂O向逆反应方向移动，故正反应为放热反应，则T₁时的平衡常数比T₂时的大；
①v（CH₃OH）=$\frac{\frac{{n}_{A}}{2L}}{{t}_{A}}$=$\frac{{n}_{A}}{2{t}_{A}}$mol/L•min，故①错误；
②正反应为放热反应，根据题给图象分析可知，T₂先达到平衡则T₂＞T₁，升高温度，平衡向逆反应方向移动，该反应在T₁时的平衡常数比T₂时的大，故②错误；
③依据图象分析T₂先达到平衡则T₂＞T₁，由温度升高反应速率增大可知T₂的反应速率大于T₁，又温度高时平衡状态CH₃OH的物质的量少，则说明可逆反应CO₂+3H₂?CH₃OH+H₂O向逆反应方向移动，故正反应为放热反应，故③正确；
④处于A点的反应体系从T₁变到T₂，升高温度，平衡向逆反应方向移动，达到平衡时，氢气物质的量增大、甲醇的物质的量减小，故$\frac{n（{H}_{2}）}{n（C{H}_{3}OH）}$增大，故④正确；
故答案为：③④；
（2）由化学平衡的三段模式法计算可知，
       CO₂ （g）+3H₂（g）=CH₃OH（g）+H₂O（g）
起始    1        3          0          0
变化    α        3α         α          α
平衡    1-α      3-3α      α         α
根据相同条件下气体的压强之比等于物质的量之比，
则容器内的压强与起始压强之比为=（1-a+3-3a+a+a）：（1+3）=（2-a）：2，
故答案为：$\frac{2-α}{2}$．

点评 本题主要考查了 图象分析判断，反应速率、化学平衡等重要知识，难度中等，注意对基础知识的理解掌握．