Question

联合国气候变化大会2009年12月7日在丹麦首都哥本哈根拉开帷幕，降低大气中CO₂的含量及有效地开发利用CO₂，引起了各国的普遍重视．
（1）工业上有一种方法是用CO₂来生产燃料甲醇．298.15K时，CO₂、H₂、与CH₃OH、H₂O的平均能量与合成甲醇反应的活化能的曲线图如图所示，据图回答问题：

①写出合成甲醇反应的热化学方程式

CO₂（g）+3H₂（g）CH₃OH（g）+H₂O（g）△H=-（n-m）kJ?mol^-1

；
②在图中曲线

b

（填“a”或“b”）表示加入催化剂的能量变化曲线，催化剂能加快反应速率的原理是

催化剂能降低该反应的活化能，提高活化分子的百分数，化学反应速率加快

；
③在体积为l L的密闭容器中，充入lmol CO₂和3mol H₂，测得CO₂和CH₃OH（g）的浓度随时间变化如图所示．

从反应开始到平衡，甲醇的平均反应速率v（CH₃OH）=

0.075mol?L^-1?min^-1

；
该反应的平衡常数k=

16

3

．
（2）乙醇是重要的化工产品和液体燃料，同样可以利用CO₂反应制取乙醇：
2CO₂（g）+6H₂（g） CH₃CH₂OH（g）+3H₂O（g）   25℃时，K=2.95×10¹¹
在一定压强下，测得反应的实验数据如下表．分析表中数据回答下列问题：

	500	600	700	800
1.5	45	33	20	12
2.0	60	43	28	15
3.0	83	62	37	22

①温度升高，K值

减小

（填“增大”、“减小”、或“不变”）．
②提高氢碳比[n（H₂）/n（CO₂）]，K值

不变

（填“增大”、“减小”、或“不变”），对生成乙醇

有利

（填“有利”或“不利”）．
③在右图的坐标系中作图说明压强变化对反应①的化学平衡的影响．并对图中横坐标、纵坐标的含义作必要的标注．

Answer 1

分析：（1）①根据能量守恒计算出反应热，再根据热化学方程式的书写解答；
②使用催化剂改变反应历程，降低该反应的活化能，提高活化分子的百分数，化学反应速率加快，不影响反应热；
③根据图表用三段式解题法计算出平衡时反应混合物各组分的浓度，根据v=

△c

△t

计算v（CH₃OH）；代入该反应的平衡常数为k=

c(H2O)c(CH3OH)

c(CO2)[C(H2)]3

计算平衡常数；
（2）①根据表格可知，其它条件不变时，升高温度，CO₂转化率减小，说明平衡向逆反应方向移动；
②平衡常数k只受温度影响，温度不变，平衡常数不变；
根据表格可知，其它条件不变时，提高氢碳比[n（H₂）/n（CO₂）]，CO₂转化率增大，说明平衡向正反应方向移动；
③该反应为反应前后气体体积减小的反应，增大压强平衡向体积减小的反应方向移动，即向正反应移动，乙醇的含量增大，H₂、CO₂，含量降低，据此作图．

解答：解：（1）由图可知，反应热△H=-（n-m） kJ?mol^-1，热化学反应方程式为CO₂（g）+3H₂（g） CH₃OH（g）+H₂O（g）△H=-（n-m） kJ?mol^-1，故答案为：CO₂（g）+3H₂（g） CH₃OH（g）+H₂O（g）△H=-（n-m） kJ?mol^-1；
②催化剂改变反应历程，降低该反应的活化能，反应热取决于反应物与生成物的总能量，与途径无关，不影响反应热，所以b线表示使用催化剂；催化剂改变反应历程，降低该反应的活化能，提高活化分子的百分数，化学反应速率加快，
故答案为：b；催化剂能降低该反应的活化能，提高活化分子的百分数，化学反应速率加快；
③利用三段式解题法计算   
                CO₂（g）+3H₂（g） CH₃OH（g）+H₂O（g），
开始（mol/L）：1        3                0        0
变化（mol/L）：0.75     2.25             0.75      0.75 
平衡（mol/L）：0.25    0.75             0.75      0.75
从反应开始到平衡，甲醇的平均反应速率v（CH₃OH）=

0.75mol/L

10min

=0.075 mol?L^-1?min^-1，
平衡常数为k=

c(H2O)c(CH3OH)

c(CO2)[C(H2)]3

=

0.75×0.75

0.25×(0.75)3

=

16

3

，
故答案为：0.075 mol?L^-1?min^-1；

16

3

；  
（2）①根据表格可知，其它条件不变时，升高温度，CO₂转化率减小，说明平衡向逆反应方向移动，k值减小，故答案为：减小；
②平衡常数k只受温度影响，温度不变，平衡常数不变，所以提高氢碳比[n（H₂）/n（CO₂）]，K值不变；
根据表格可知，其它条件不变时，提高氢碳比[n（H₂）/n（CO₂）]，CO₂转化率增大，说明平衡向正反应方向移动，有利于的合成．
故答案为：不变；有利；
③该反应为反应前后气体体积减小的反应，增大压强平衡向体积减小的反应方向移动，即向正反应移动，乙醇的含量增大，H₂、CO₂，含量降低，如图所示
或，故答案为：或．

点评：本题考查热化学反应方程式、平衡计算、平衡常数及读图表获取信息能力，难度中等，注意把握影响平衡移动的因素以及平衡移动方向的判断、平衡常数的书写来解答．