Question

18．甲醇是一种可再生能源，由CO₂制备甲醇的过程可能涉及的反应如下：
反应Ⅰ：CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）△H₁=-49.58kJ•mol^-1
反应Ⅱ：CO₂（g）+H₂（g）?CO（g）+H₂O（g）△H₂
反应Ⅲ：CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）△H₃=-90.77kJ•mol^-1
回答下列问题：
（1）反应Ⅱ的△H₂=+41.19 kJ•mol^-1．
（2）反应Ⅲ能够自发进行的条件是较低温度（填“较低温度”、“较高温度”或“任何温度”）．
（3）恒温，恒容密闭容器中，对于反应Ⅰ，下列说法中能说明该反应达到化学平衡状态的是BD．
A．混合气体的密度不再变化
B．混合气体的平均相对分子质量不再变化
C．CO₂、H₂、CH₃OH、H₂O的物质的量之比为1：3：1：1
D．甲醇的百分含量不再变化
（4）对于反应Ⅰ，不同温度对CO₂的转化率及催化剂的效率影响如图所示，下列有关说法不正确的     是ABD．
A．不同条件下反应，N点的速率最大
B．温度低于250℃时，随温度升高乙烯的产率增大
C．M点时平衡常数比N点时平衡常数大
D．实际反应应尽可能在较低的温度下进行，以提高CO₂的转化率
（5）若在1L密闭容器中充入体积比为 3：1的 H₂ 和CO₂发生反应Ⅰ，则图中M点时，产物甲醇的体积分数为16.7%；该温度下，反应的平衡常数K=0.148；若要进一步提高甲醇的体积分数，可采取的措施有增大压强．

Answer 1

分析 （1）根据盖斯定律：Ⅱ=Ⅰ-Ⅲ得反应②的△H₂；
（2）化学反应能否自发进行，取决于焓变和熵变的综合判据，当△G=△H-T•△S＜0时，反应能自发进行；
（3）对于可逆反应，化学反应到达平衡时，正逆反应速率相等，各物质的物质的量浓度不再发生变化；
（4）A．温度升高化学反应速率加快，催化剂的催化效率降低；
B．该反应是放热反应，升温平衡逆向移动；
C．反应是放热反应，温度升高平衡逆向进行；
D．温度越低催化剂活性越小，反应速率越慢；
（5）图中M点时二氧化碳的转化率50%，结合化学平衡三行计算列式得到，反应是气体体积减小的反应增大压强平衡正向进行．

解答 解：（1）反应Ⅰ：CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）△H₁=-49.58kJ•mol^-1，反应Ⅱ：CO₂（g）+H₂（g）?CO（g）+H₂O（g）△H₂，反应Ⅲ：CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）△H₃=-90.77kJ•mol^-1，根据盖斯定律：Ⅱ=Ⅰ-Ⅲ得反应②的△H₂=+41.19 kJ•mol^-1；
故答案为：+41.19 kJ•mol^-1；
（2））△G=△H-T•△S＜0时，反应能够自发进行，该反应的△S＜0、△H＜0，当温度较低时，反应Ⅲ能够自发进行，
故答案为：较低温度；
（3）A．由于气体的质量、体积不变，则无论是否达到平衡状态，混合气体的密度都不变化，不能作为判断是否平衡的依据，故A错误；
B．反应前后气体的物质的量不等，混合气体的平均相对分子质量不再变化，可说明气体的物质的量不再变化，说明达到平衡状态，故B正确；
C．平衡常数未知，CO₂、H₂、CH₃OH、H₂O的物质的量之比为1：3：1：1，不能判断是否达到平衡状态，故C错误；
D．甲醇的百分含量不再变化，可说明达到平衡状态，故D正确．
故答案为：BD；
（4）A．化学反应速率随温度的升高而加快，催化剂的催化效率降低，所以v（M）有可能小于v（N），故A错误；
B．温度低于250℃时，随温度升高平衡逆向进行甲醇的产率减小，故B错误；
C．升高温度二氧化碳的平衡转化率减低，则升温平衡逆向移动，所以M化学平衡常数大于N，故C正确；
D．为提高CO₂的转化率，平衡正向进行，反应是放热反应，低的温度下进行反应，平衡正向进行，但催化剂的活性、反应速率减小，故D错误；
故答案为：ABD；
（5）若在密闭容器中充入体积比为 3：1的 H₂ 和CO₂，设为3mol、1mol，则图中M点时二氧化碳转化率50%，
                   CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）
起始量（mol）  1             3                 0               0
变化量（mol） 0.5         1.5               0.5            0.5
平衡量（mol） 0.5         1.5               0.5            0.5
产物甲醇的体积分数=$\frac{0.5}{1.5+0.5+0.5+0.5}$×100%=16.7%，
K=$\frac{0.5×0.5}{0.5×1．{5}^{3}}$=0.148，
反应前后气体体积减小，若要进一步提高甲醇的体积分数，可采取的措施有增大压强平衡正向进行，
故答案为：16.7%；0.148；增大压强．

点评 本题考查较为综合，涉及盖斯定律、化学平衡计算等知识点，为高考常见题型，侧重考查学生图象分析、计算能力，明确化学反应原理是解本题关键，题目难度不大．