Question

7．目前工业上有一种方法是用CO₂来生产甲醇．一定条件下发生反应：CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g），如图表示该反应进行过程中能量（单位为kJ•mol^-1）的变化．在体积为1L的恒容密闭容器中，充入1molCO₂和3molH₂反应．
（1）下列措施中能使c（CH₃OH）增大的是CD．
A、升高温度                       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1molCO₂和3molH₂
（2）在温度T₁时，当反应达到平衡时，测得n（H₂）=2.4mol；其他条件不变，在温度T₂时，当反应达到平衡时，测得nO₂（C）=0.82mol，则T₂＞T₁（填“＞”、“＜”或“=”）．
（3）在一定条件下科学家从烟道气中分离出CO₂与太阳能电池电解水产生的H₂合成甲醇（常温下为液体）．CH₃OH、H₂的燃烧热分别为：△H=-725.5kJ/mol、△H=-285.8kJ/mol．
①写出工业上以CO₂、H₂合成CH₃OH和液态水的热化学方程式：CO₂（g）+3H₂（g）═CH₃OH（l）+H₂O（l）△H=-131.9kJ/mol；
②该转化的积极意义是可降低温室效应和弥补资源短缺；
③有人提出，可以设计反应CO₂═C+O₂（△H＞0、△S＜0）来消除CO₂对环境的影响．请你判断是否可行并说出理由：不可行，该反应是一个焓增、熵减的反应，所以不能自发进行．

Answer 1

分析 （1）根据图象知，该反应的正反应是放热反应，能使c（CH₃OH）增大，说明平衡向正反应方向移动；
（2）依据化学平衡在不同温度下二氧化碳的转化率计算，比较反应进行程度大小，确定温度高低；
（3）①利用盖斯定律计算反应热，并书写热化学方程式；
②该反应消耗二氧化碳，可降低温室效应，生成甲醇，可弥补资源短缺；
③根据△G=△H-T△S判断反应能否自发进行．

解答 解：（1）A．升高温度，平衡逆向移动，c（CH₃OH）减小，故错误；
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：CD；
（2）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-$\frac{1}{3}$×（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甲醇和氢气的燃烧热书写其热化学方程式分别为：
①2CH₃OH（l）+3O₂（g）=2CO₂（g）+4H₂O（l），△H₁=-1451kJ/mol；
②2H₂（g）+O₂（g）=2H₂O（l），△H₂=-571.6KJ/mol，
根据盖斯定律，反应CO₂（g）+3H₂（g）═CH₃OH（l）+H₂O（l）
可以看成是方程式$\frac{3}{2}$×②-①×$\frac{1}{2}$，所以△H=$\frac{3}{2}$×（-571.6KJ/mol）-（-1451kJ/mol）×$\frac{1}{2}$=-131.9KJ/mol，
故答案为：CO₂（g）+3H₂（g）═CH₃OH（l）+H₂O（l），△H=-131.9KJ/mol；
②该反应消耗二氧化碳，可降低温室效应，生成甲醇，可弥补资源短缺，故答案为：可降低温室效应和弥补资源短缺；
③该反应是一个焓增、熵减的反应，则△G=△H-T△S＞0，不能自发进行，
故答案为：不可行，该反应是一个焓增、熵减的反应，所以不能自发进行．

点评 本题考查化学平衡以及反应热的计算，题目难度较大，本题注意利用三段式法计算．