温室效应和资源短缺等问题和如何降低大气中的CO2含量并加以开发利用引起了各国的普遍重视.目前工业上有一种方法是用CO2生产燃料甲醇.一定条件下发生反应:CO2(g)+3H2(g)⇌CH3OH(g)+H2O(g),如图1表示该反应进行过程中能量(单位为kJ•mol-1)的变化.
(1)关于该反应的下列说法中,正确的是______.
A.△H>0,△S>0
B.△H>0,△S<0
C.△H<0,△S<0
D.△H<0,△S>0
(2)该反应平衡常数K的表达式为______.
(3)温度降低,平衡常数K______(填“增大”、“不变”或“减小”).
(4)为探究反应原理,现进行如下实验:在体积为1L的密闭容器中,充入1mol CO2和3mol H2,测得CO2和CH3OH(g)的浓度随时间变化如图2所示.从反应开始到平衡,用氢气浓度变化表示的平均反应速率v(H2)______mol•L-1•min-1.
(5)下列措施中能使n(CH3OH)/n(CO2)增大的有______.
A.升高温度
B.加入催化剂
C.将H2O(g)从体系中分离
D.再充入1mol CO2和3mol H2
E.充入He(g),使体系总压强增大.
(1)由图1可知,反应物的总能量高于生成物的总能量,该反应为放热反应,即△H<0,由方程式可知,该反应正反应是气体的物质的量减小的反应,故正反应为熵减过程,即△S<0;
故选C;
(2)可逆反应CO2(g)+3H2(g)⇌CH3OH(g)+H2O(g)的化学平衡常数k=
;c(CH3OH)•c(H2O) c(CO2)•c3(H2)
故答案为:
;c(CH3OH)•c(H2O) c(CO2)•c3(H2)
(3)该反应正反应是放热反应,降低温度平衡向正反应移动,平衡常数增大;
故答案为:增大;
(4)由图2可知,10min达平衡时甲醇的浓度变化量为0.75mol/L,所以v(CH3OH)=
=0.075mol/(L•min),速率之比等于化学计量数之比,所以v(H2)=3v(CH3OH)=3×0.075mol/(L•min)=0.225mol/(L•min);0.75mol/L 10min
故答案为:0.225;
(5)使n(CH3OH)/n(CO2)增大,改变条件使平衡向正反应移动,但只增大二氧化碳的浓度会使该比值减小.
A.升高温度,平衡向逆反应移动,n(CH3OH)/n(CO2)减小,故A错误;
B.加入催化剂,平衡不移动,n(CH3OH)/n(CO2)不变,故B错误;
C.将H2O(g)从体系中分离,平衡向正反应移动,n(CH3OH)/n(CO2)增大,故C正确;
D.再充入1mol CO2和3mol H2,等效为增大压强,平衡正反应移动,平衡时n(CH3OH)/n(CO2)增大,故D正确;
E.充入He(g),反应混合物的浓度不变,变化不移动,n(CH3OH)/n(CO2)不变,故E错误;
故选CD.