化学
甲醇作为基本的有机化工产品和环保动力燃料具有广阔的应用前景，CO2 加氢合成甲醇是合理利用CO2的有效途径．由CO2制备甲醇过程可能涉及反应如下：反应Ⅰ：CO2（g）+H2（g）⇌CO （g）+H2O（g）△H1=+41.19kJ•mol-1反应Ⅱ：CO（g）+2H2（g）⇌CH3OH（g）△H2反应Ⅲ：CO2（g）+3H2（g）⇌CH3OH（g）+H2O（g）△H3=-49.58kJ•mol-1回答下列问题：（1）反应Ⅲ的△S（填“<”、“=”或“>”）0；反应Ⅱ的△H2

2019-11-28

甲醇作为基本的有机化工产品和环保动力燃料具有广阔的应用前景，CO2 加氢合成甲醇是合理利用CO2的有效途径．由CO2制备甲醇过程可能涉及反应如下：
反应Ⅰ：CO2（g）+H2（g）⇌CO （g）+H2O（g）△H1=+41.19kJ•mol-1
反应Ⅱ：CO（g）+2H2（g）⇌CH3OH（g）△H2
反应Ⅲ：CO2（g）+3H2（g）⇌CH3OH（g）+H2O（g）△H3=-49.58kJ•mol-1
回答下列问题：
（1）反应Ⅲ的△S___（填“<”、“=”或“>”）0；反应Ⅱ的△H2=___．
（2）在恒压密闭容器中，充入一定量的H2和CO2（假定仅发生反应Ⅲ），实验测得反应物在不同温度下，反应体系中CO2的平衡转化率与压强的关系曲线如图1所示．
作业帮
①反应过程中，不能判断反应Ⅲ已达到平衡状态的标志是___
A．断裂3molH-H键，同时断裂2molH-O键      B．CH3OH的浓度不再改变
C．容器中气体的平均摩尔质量不变            D．容器中气体的压强不变
②比较T1与T2的大小关系：T1___T2（填“<”、“=”或“>”），理由是：___．
③在T1和P6的条件下，往密闭容器中充入3mol H2和1mol CO2，该反应在第5min时达到平衡，此时容器的体积为1.8L；则该反应在此温度下的平衡常数为___．
a．若此条件下反应至3min时刻，改变条件并于A点处达到平衡，CH3OH的浓度随反应时间的变化趋势如图2所示（3～4min的浓度变化未表示出来）；则改变的条件为___．
b．若温度不变，压强恒定在P8的条件下重新达到平衡时，容器的体积变为___L．
优质解答
（1）反应中产物气体数和小于反应物气体系数和，反应熵变小于零，反应①：CO2（g）+H2（g）=CO（g）+H2O（g）△H1=+41.19kJ•mol-1，反应②CO2（g）+3H2（g）=CH3OH（g）+H2O（g）△H3=-49.58kJ•mol-1，反应CO（g）+2H2（g）=CH3OH（g）可以看成是②-①得到，所以反应焓变=-49.58kJ•mol-1-41.19kJ•mol-1=-90.77 kJ•mol-1，故答案为：<；-90.77 kJ•mol-1；
（2）①A．断裂3molH-H键，同时有2molH-O键形成，只能说明反应正向进行，不能说明正逆反应速率相等，此时的状态不一定平衡，故A正确；
B．CH3OH的浓度不再改变的状态是平衡状态的特征，故B错误；
C．容器中气体的平均摩尔质量等于质量和物质的量的比值，质量守恒，但是物质的量始终变化，所以当气体的平均摩尔质量不变的状态是平衡状态，故C错误；
D．容器中的反应是在恒压下进行的，当容器中气体的压强不变时，不一定是平衡状态，故D正确．
故选AD．
②反应Ⅲ为放热反应，温度降低，反应正向移动，二氧化碳的转化率升高，所以T1<T2，故答案为：<；应Ⅲ为放热反应，温度降低，反应正向移动，所以T1<T2；
③CO2（g）+3H2（g）=CH3OH（g）+H2O（g）
初始量：1mol     3mol              0               0
变化量：0.4mol  1.2mol     0.4mol       0.4mol
平衡量：0.6mol  1.8mol     0.4mol       0.4mol
K=
0.4
1.8
×
0.4
1.8
0.6
1.8
×
1.8
1.8
=0.148
故答案为：0.148
a．结合图示的，改变的外界条件是降低压强，向气体体积增大的方向进行，故答案是降低压强；
b．CO2（g）+3H2（g）=CH3OH（g）+H2O（g）
初始量：1mol      3mol           0                  0
变化量：0.4mol  1.2mol      0.4mol          0.4mol
平衡量：0.6mol   1.8mol      0.4mol          0.4mol
K=
0.4
1.8
×
0.4
1.8
0.6
1.8
×(
1.8
1.8
)3
=
4
27
=0.148
CO2（g）+3H2（g）=CH3OH（g）+H2O（g）
初始量：1mol      3mol           0                  0
变化量：0.6mol   1.8mol     0.6mol         0.6mol
平衡量：0.4mol   1.2mol     0.6mol          0.6mol
K=
0.6
v
×
0.6
v
0.4
v
×(
1.2
v
)3
=
4
27
解得V=0.533
故答案为：0.553 （1）反应中产物气体数和小于反应物气体系数和，反应熵变小于零，反应①：CO2（g）+H2（g）=CO（g）+H2O（g）△H1=+41.19kJ•mol-1，反应②CO2（g）+3H2（g）=CH3OH（g）+H2O（g）△H3=-49.58kJ•mol-1，反应CO（g）+2H2（g）=CH3OH（g）可以看成是②-①得到，所以反应焓变=-49.58kJ•mol-1-41.19kJ•mol-1=-90.77 kJ•mol-1，故答案为：<；-90.77 kJ•mol-1；
（2）①A．断裂3molH-H键，同时有2molH-O键形成，只能说明反应正向进行，不能说明正逆反应速率相等，此时的状态不一定平衡，故A正确；
B．CH3OH的浓度不再改变的状态是平衡状态的特征，故B错误；
C．容器中气体的平均摩尔质量等于质量和物质的量的比值，质量守恒，但是物质的量始终变化，所以当气体的平均摩尔质量不变的状态是平衡状态，故C错误；
D．容器中的反应是在恒压下进行的，当容器中气体的压强不变时，不一定是平衡状态，故D正确．
故选AD．
②反应Ⅲ为放热反应，温度降低，反应正向移动，二氧化碳的转化率升高，所以T1<T2，故答案为：<；应Ⅲ为放热反应，温度降低，反应正向移动，所以T1<T2；
③CO2（g）+3H2（g）=CH3OH（g）+H2O（g）
初始量：1mol     3mol              0               0
变化量：0.4mol  1.2mol     0.4mol       0.4mol
平衡量：0.6mol  1.8mol     0.4mol       0.4mol
K=
0.4
1.8
×
0.4
1.8
0.6
1.8
×
1.8
1.8
=0.148
故答案为：0.148
a．结合图示的，改变的外界条件是降低压强，向气体体积增大的方向进行，故答案是降低压强；
b．CO2（g）+3H2（g）=CH3OH（g）+H2O（g）
初始量：1mol      3mol           0                  0
变化量：0.4mol  1.2mol      0.4mol          0.4mol
平衡量：0.6mol   1.8mol      0.4mol          0.4mol
K=
0.4
1.8
×
0.4
1.8
0.6
1.8
×(
1.8
1.8
)3
=
4
27
=0.148
CO2（g）+3H2（g）=CH3OH（g）+H2O（g）
初始量：1mol      3mol           0                  0
变化量：0.6mol   1.8mol     0.6mol         0.6mol
平衡量：0.4mol   1.2mol     0.6mol          0.6mol
K=
0.6
v
×
0.6
v
0.4
v
×(
1.2
v
)3
=
4
27
解得V=0.533
故答案为：0.553
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