Question

4．一定条件下，由CO₂和H₂制备甲醇的过程中含有下列反应：
反应1：CO₂（g）+H₂（g）?CO（g）+H₂O（g）△H₁
反应2：CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）△H₂
反应3：CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）△H₃
其对应的平衡常数分别为K₁、K₂、K₃，它们随温度变化的曲线如图l所示．反应1、3的活化能如图2所示．

（1）则△H₂小于△H₃（填“大于”、“小于”或“等于”），理由是曲图l可知，随着温度升高，K₁增大，则△H₁＞0，根据盖斯定律得△H₃=△H₁+△H₂，所以△H₂＜△H₃．．
（2）反应1中△S₁＞0（填＞、=或＜=），指出有利于自发进行的温度条件较高温度（填“较高温度”或：“较低温度”）
（3）将体积比为1：1的H₂和CO₂充入容积可变密闭容器内，若只进行反应反应1，下列措施中能使平衡时$\frac{c（CO）•c（{H}_{2}O）}{c（C{O}_{2}）•c（{H}_{2}）}$增大的是A（填序号）

A．升高温度B．增大压强C．充入一定量的CO₂   D．再加入一定量铁粉
（4）为了提高CO₂和H₂制备甲醇生产效率和产量；工业生产中通常采取的措施是使用催化剂、高压、将产物液化分离、原料气循环利用
（5）在温度为300℃时，使-定量合适体积比为的H₂和CO₂在体积恒定的密闭容器内进行反应．该温度下反应2进行程度很小可看成不进行，请在图3中画出CO、CH₃OH浓度随时间变化至平衡的定性曲线图．

Answer 1

分析 （1）曲图l可知，随着温度升高，K₁增大，K₂、K₃减小，则△H₁＞0，△H₂＜0、△H₃＜0，根据盖斯定律得△H₃=△H₁+△H₂，所以△H₂＜△H₃；
（2）反应1是吸热反应，可自发进行，熵值必然增大，△S₁＞0，△G=△H-T△S，△G＜0时，反应可自发进行，△H＞0，△S＞0，只有当T较大时，△G＜0；
（3）$\frac{c（CO）•c（{H}_{2}O）}{c（C{O}_{2}）•c（{H}_{2}）}$为平衡常数的表达式，平衡常数只与温度有关，该反应为吸热反应，据此选择；
（4）为了提高生产效率和产量，从速率角度考虑，可增大压强，升高温度，使用催化剂，从平衡角度考虑，可增大压强，减小生成物浓度，原料气循环利用等，综合考虑，可使用催化剂、高压、将产物液化分离、原料气循环利用等；
（5）CO为反应1的生成物，随着时间的加长，CO的浓度增大，达到平衡时不变，CH₃OH的浓度开始增大，后因容器内压强减小，且反应1生成的水都使反应3的平衡逆向移动，CH₃OH的浓度减小，据此画图．

解答 解：（1）曲图l可知，随着温度升高，K₁增大，K₂、K₃减小，则△H₁＞0，△H₂＜0、△H₃＜0，根据盖斯定律得△H₃=△H₁+△H₂，所以△H₂＜△H₃，
故答案为：小于；曲图l可知，随着温度升高，K₁增大，则△H₁＞0，根据盖斯定律得△H₃=△H₁+△H₂，所以△H₂＜△H₃；
（2）反应1是吸热反应，可自发进行，熵值必然增大．△S₁＞0．△G=△H-T△S，△G＜0时，反应可自发进行．△H＞0，△S＞0，只有当T较大时，△G＜0，故答案为：＞；较高温度；
（3）$\frac{c（CO）•c（{H}_{2}O）}{c（C{O}_{2}）•c（{H}_{2}）}$为平衡常数的表达式，平衡常数只与温度有关，该反应为吸热反应，升高温度，平衡常数增大，故选A；
（4）为了提高生产效率和产量，从速率角度考虑，可增大压强，升高温度，使用催化剂．从平衡角度考虑，可增大压强，减小生成物浓度．原料气循环利用等，综合考虑，可使用催化剂、高压、将产物液化分离、原料气循环利用等，
故答案为：使用催化剂、高压、将产物液化分离、原料气循环利用；
（5）CO为反应1的生成物，随着时间的加长，CO的浓度增大，达到平衡时不变．CH₃OH的浓度开始增大，后因容器内压强减小，且反应1生成的水都使反应3的平衡逆向移动，CH₃OH的浓度减小，据此画出的图为，
故答案为：．

点评 本题考查了盖斯定律、平衡常数与温度的关系、影响反应的方向的因素、反应速率、平衡的影响因素在生产、生活中的应用等，综合性较强，难度中等，解题的关键要抓住外界条件对平衡的影响．