Question

火力发电厂释放出大量二氧化碳，对燃煤废气进行脱碳等处理，可实现绿色环保、节能减排、废物利用等目的。将CO₂转化为甲醇是一种新型脱碳技术，其反应为CO₂(g)＋3H₂(g)CH₃OH(g)＋H₂O(g)　ΔH。

(1)取五份等体积的CO₂和H₂的混合气体(物质的量之比均为1∶3)，分别加入温度不同、容积相同的恒容密闭容器中，发生上述反应，反应相同时间后，测得甲醇的体积分数φ(CH₃OH)与反应温度T的关系曲线如图Ⅰ所示，则上述CO₂转化为甲醇的反应的ΔH________0(填“>”、“<”或“＝”)。

(2)如图Ⅱ是在恒温密闭容器中，压强为p₁时H₂的体积分数随时间t的变化曲线，请在图中画出该反应在p₂(p₂>p₁)时H₂的 体积分数随时间t的变化曲线。

(3)在一恒温恒容密闭容器中充入1 mol CO₂和3 mol H₂，进行上述反应。测得CO₂和CH₃OH(g)的物质的量浓度随时间的变化如图Ⅲ所示。

则0～10 min内，氢气的平均反应速率为________；该温度下，反应的平衡常数为________(保留三位有效数字)；10 min后，向该容器中再充入1 mol CO₂和3 mol H₂，则再次达到平衡时CH₃OH(g)的体积分数________(填“增大”、“减小”或“不变”)。

Answer 1

解析　(1)反应达到平衡后，升高温度，甲醇的体积分数减小，说明正反应是放热反应，ΔH<0。(2)在恒温密闭容器中，CO₂(g)＋3H₂(g)CH₃OH(g)＋H₂O(g)是气体总体积减小的反应，加压平衡向正反应方向移动，氢气的体积分数减小，p₂下达到平衡所需的时间也比p₁短，据此可画出相应曲线。(3)0～10 min内，氢气的平均反应速率为v(H₂)＝3v(CO₂)＝3×＝0.255 mol·L^－1·min^－1；该温度下，反应的平衡常数K＝＝＝5.33；反应达到平衡后，向该容器中再充入1 mol CO₂和3 mol H₂，相当于增大压强，平衡向正反应方向移动，甲醇的体积分数增大。

答案　(1)<　(2)

(3)0.225 mol·L^－1·min^－1　5.33　增大