Question

【题目】目前工业上可利用CO或CO2来生产燃料甲醇，某研究小组对下列有关甲醇制取的三条化学反应原理进行探究。已知在不同温度下的化学反应平衡常数(K1、K2、K3)如表所示。请回答下列问题：

化学反应	焓变	平衡常数	温度/℃
			500	700	800
①2H2(g)＋CO(g)CH3OH(g)	ΔH1	K1	2.5	0.34	0.15
②CO2(g)＋H2(g)CO(g)＋H2O(g)	ΔH2	K2	1.0	1.70	2.52
③CO2(g)＋3H2(g)CH3OH(g)＋H2O(g)	ΔH3	K3

（1）反应②是____(填“吸热”或“放热”)反应。

（2）根据反应①与②可推导出K1、K2与K3之间的关系，则K3=____(用K1、K2表示)；根据反应③判断ΔS___0(填“＞”、“＝”或“＜”)，在____(填“较高”或“较低”)温度下有利于该反应自发进行。

（3）500℃时，测得反应③在某时刻，CO2(g)、H2(g)、CH3OH(g)、H2O(g)的浓度分别为0.1mol/L、0.8mol/L、0.3mol/L、0.15mol/L，则此时v(正)___v(逆)(填“＞”、“=”或“＜”)。

（4）根据上述表格测得焓变，下列能量关系图合理的是_____

A.B.C.D.

Answer 1

【答案】吸热 K1·K2 ＜ 较低 ＞ AD

【解析】

根据反应①②的平衡常数随温度的变化分析判断反应①和②的热效应的变化，再根据盖斯定律结合K分析判断反应③的热效应的变化，最后结合化学平衡常数的表达式分析解答。

(1)根据表格数据，反应②CO2(g)＋H2(g)CO(g)＋H2O(g)的平衡常数随温度升高增大，说明升高温度平衡正向移动，正反应是吸热反应，故答案为：吸热；

(2)根据盖斯定律，反应①+②可得反应③，则平衡常数K3=K1×K2，反应③CO2(g)＋3H2(g)CH3OH(g)＋H2O(g)是气体体积减小的反应△S＜0，反应③3H2(g)+CO2(g)═CH3OH(g)+H2O(g)是气体体积减小的反应，则△S＜0；反应③的平衡常数，500°C时，K3=K1×K2=2.5×1.0=2.5，800°C时，K3=K1×K2=2.52×0.15=0.375，随温度升高，平衡常数减小，说明平衡逆向移动，所以反应③是放热反应，焓变△H＜0，所以反应在低温下能自发进行，故答案为：K1×K2；＜；较低；

(3)500℃时K3=K1×K2=2.5，浓度商Qc==0.87＜K=2.5，平衡向正反应移动，则v(正)＞v(逆)，故答案为：＞；

(4)A、反应②CO2(g)＋H2(g)CO(g)＋H2O(g)的平衡常数随温度升高而增大，说明升高温度平衡正向移动，正反应是吸热反应，反应物能量低于生成物，与图象符合，故A正确；B、催化剂改变反应的活化能，不改变焓变，根据A的分析，反应②为吸热反应，反应物能量低于生成物，与图象不符，故B错误；C、①2H2(g)+CO(g)CH3OH(g)的平衡常数随温度升高而减小，说明正反应为放热反应，反应物能量高于生成物，与图象不符，故C错误；D、根据(2)的分析，反应③3H2(g)+CO2(g)═CH3OH(g)+H2O(g)是放热反应，反应物能量高于生成物，与图象符合，故D正确；故答案为：AD；