题目
近年来，化学界广泛开展研究二氧化碳与氢气的反应原理。回答下列问题：（1）已知CO2与H2反应的两个热化学方程式如下：Ⅰ．CO2（g）+H2（g）⇌CO（g）+H2O（g）ΔH=+41.2kJ/molⅡ．CO2（g）+3H2（g）⇌CH2OH（g）+H2O（g）ΔH=-53.7kJ/mol则反应CO（g）+2H2（g）⇌CH3OH（g）ΔH= ____ kJ/mol（2）某装置中充入一定量CO2与H2，在673K、10.0kPa条件下发生反应：CO2（g）+H2（g）⇌CO（g）+H2O（g），得到部分气体的分压随时间的变化关系如图所示。(X)/KPa-|||-10.0-|||-8.0 20,5.5) (80,5.0)-|||-6.0-|||-4.0-|||-2.0 (80,1.0)-|||-0 20 40 60 80 t/min①在20～80min内反应的平均速率v（H2）= ____ kPa/min（保留两位有效数字）。②已知反应在80min达到平衡状态，则在673K时，反应CO2（g）+H2（g）⇌CO（g）+H2O（g）的平衡常数Kp= ____ （保留两位有效数字）。③平衡后，若改变条件，一定能增大H2的反应速率及转化率的是 ____ （填代号）A．保持其它气体的分压不变，增大H2的分压B．适当升高反应温度C．选择使用正催化剂D．保持总压不变，充入一定量的二氧化碳气体（3）已知催化还原CO2的机理及能量变化关系如图。为使CO2能较快还原为CH3OH，重点应研究催化加快图中 ____ （填写图中序号“①”“②”“③”…等）的反应速率。(X)/KPa-|||-10.0-|||-8.0 20,5.5) (80,5.0)-|||-6.0-|||-4.0-|||-2.0 (80,1.0)-|||-0 20 40 60 80 t/min（4）在一装有某催化剂的恒容密闭装置中，充入10mol CO2和23mol H2，在一定温度下发生反应：CO2（g）+H2（g）⇌CO（g）+H2O（g）和CO2（g）+3H2（g）⇌CH2OH（g）+H2O（g），反应进行到t2时刻，各物质的物质的量不再改变，部分物质的物质的量与时间的关系如图。(X)/KPa-|||-10.0-|||-8.0 20,5.5) (80,5.0)-|||-6.0-|||-4.0-|||-2.0 (80,1.0)-|||-0 20 40 60 80 t/min①t1时刻反应CO2（g）+H2（g）⇌CO（g）+H2O（g）的浓度熵Qc= ____ （计算结果保留两位有效数字），b点时CO2（g）+H2（g）⇌CO（g）+H2O（g） ____ （填“是”或“否”）达到平衡状态。C②简述CO的物质的量浓度为何先增大O2后减小的原因 ____ 。③t2时刻后，若升高装置温度，则重新达到平衡时，c（CO） ____ ，若将装置的体积缩小一倍，则重新达到平衡时，n（CO） ____ 。A．增大B．减小Fe（OH）3C．不变D．无法确定
近年来，化学界广泛开展研究二氧化碳与氢气的反应原理。回答下列问题：
（1）已知CO2与H2反应的两个热化学方程式如下：
Ⅰ．CO2（g）+H2（g）⇌CO（g）+H2O（g）ΔH=+41.2kJ/mol
Ⅱ．CO2（g）+3H2（g）⇌CH2OH（g）+H2O（g）ΔH=-53.7kJ/mol
则反应CO（g）+2H2（g）⇌CH3OH（g）ΔH= ____ kJ/mol
（2）某装置中充入一定量CO2与H2，在673K、10.0kPa条件下发生反应：CO2（g）+H2（g）⇌CO（g）+H2O（g），得到部分气体的分压随时间的变化关系如图所示。
①在20～80min内反应的平均速率v（H2）= ____ kPa/min（保留两位有效数字）。
②已知反应在80min达到平衡状态，则在673K时，反应CO2（g）+H2（g）⇌CO（g）+H2O（g）的平衡常数Kp= ____ （保留两位有效数字）。
③平衡后，若改变条件，一定能增大H2的反应速率及转化率的是 ____ （填代号）
A．保持其它气体的分压不变，增大H2的分压
B．适当升高反应温度
C．选择使用正催化剂
D．保持总压不变，充入一定量的二氧化碳气体
（3）已知催化还原CO2的机理及能量变化关系如图。为使CO2能较快还原为CH3OH，重点应研究催化加快图中 ____ （填写图中序号“①”“②”“③”…等）的反应速率。
（4）在一装有某催化剂的恒容密闭装置中，充入10mol CO2和23mol H2，在一定温度下发生反应：CO2（g）+H2（g）⇌CO（g）+H2O（g）和CO2（g）+3H2（g）⇌CH2OH（g）+H2O（g），反应进行到t2时刻，各物质的物质的量不再改变，部分物质的物质的量与时间的关系如图。
①t1时刻反应CO2（g）+H2（g）⇌CO（g）+H2O（g）的浓度熵Qc= ____ （计算结果保留两位有效数字），b点时CO2（g）+H2（g）⇌CO（g）+H2O（g） ____ （填“是”或“否”）达到平衡状态。C
②简述CO的物质的量浓度为何先增大O2后减小的原因 ____ 。
③t2时刻后，若升高装置温度，则重新达到平衡时，c（CO） ____ ，若将装置的体积缩小一倍，则重新达到平衡时，n（CO） ____ 。
A．增大
B．减小Fe（OH）3
C．不变
D．无法确定
（1）已知CO2与H2反应的两个热化学方程式如下：
Ⅰ．CO2（g）+H2（g）⇌CO（g）+H2O（g）ΔH=+41.2kJ/mol
Ⅱ．CO2（g）+3H2（g）⇌CH2OH（g）+H2O（g）ΔH=-53.7kJ/mol
则反应CO（g）+2H2（g）⇌CH3OH（g）ΔH= ____ kJ/mol
（2）某装置中充入一定量CO2与H2，在673K、10.0kPa条件下发生反应：CO2（g）+H2（g）⇌CO（g）+H2O（g），得到部分气体的分压随时间的变化关系如图所示。
①在20～80min内反应的平均速率v（H2）= ____ kPa/min（保留两位有效数字）。
②已知反应在80min达到平衡状态，则在673K时，反应CO2（g）+H2（g）⇌CO（g）+H2O（g）的平衡常数Kp= ____ （保留两位有效数字）。
③平衡后，若改变条件，一定能增大H2的反应速率及转化率的是 ____ （填代号）
A．保持其它气体的分压不变，增大H2的分压
B．适当升高反应温度
C．选择使用正催化剂
D．保持总压不变，充入一定量的二氧化碳气体
（3）已知催化还原CO2的机理及能量变化关系如图。为使CO2能较快还原为CH3OH，重点应研究催化加快图中 ____ （填写图中序号“①”“②”“③”…等）的反应速率。
（4）在一装有某催化剂的恒容密闭装置中，充入10mol CO2和23mol H2，在一定温度下发生反应：CO2（g）+H2（g）⇌CO（g）+H2O（g）和CO2（g）+3H2（g）⇌CH2OH（g）+H2O（g），反应进行到t2时刻，各物质的物质的量不再改变，部分物质的物质的量与时间的关系如图。
①t1时刻反应CO2（g）+H2（g）⇌CO（g）+H2O（g）的浓度熵Qc= ____ （计算结果保留两位有效数字），b点时CO2（g）+H2（g）⇌CO（g）+H2O（g） ____ （填“是”或“否”）达到平衡状态。C
②简述CO的物质的量浓度为何先增大O2后减小的原因 ____ 。
③t2时刻后，若升高装置温度，则重新达到平衡时，c（CO） ____ ，若将装置的体积缩小一倍，则重新达到平衡时，n（CO） ____ 。
A．增大
B．减小Fe（OH）3
C．不变
D．无法确定
题目解答
答案
解：（1）已知：Ⅰ．CO2（g）+H2（g）⇌CO（g）+H2O（g）ΔH=+41.2kJ/mol，Ⅱ．CO2（g）+3H2（g）⇌CH3OH（g）+H2O（g）ΔH=-53.7kJ/mol，根据盖斯定律，将反应II-反应I，整理可得反应CO（g）+2H2（g）⇌CH3OH（g）ΔH=（-53.7-41.2）kJ/mol=-94.9 kJ/mol，
故答案为：-94.9；
（2）①反应从正反应方向开始，根据图示可知在20～80 min时反应物X的分压由5.5变为5.0，减少了0.5 kPa，则X表示反应物H2，下面的曲线表示的是生成物CO或H2。由于CO2、H2反应时物质的量的比相同，反应速率相同，所以v（H2）=$\frac{△c}{△t}$=$\frac{0.5kPa}{60min}$=0.0083kPa/min，
故答案为：0.0083；
②反应在80 min时达到平衡状态，H2的分压是5.0 kPa，根据物质反应转化关系可知CO、H2O的平衡分压相同都是1.0 kPa，由于此时总压强为10.0 kPa，所以CO2的平衡分压为10.0 kPa-5.0 kPa-1.0 kPa-1.0 kPa=3.0 kPa，则反应CO2（g）+H2（g）⇌CO（g）+H2O（g）的化学平衡常数Kp=$\frac{p（CO）p（{H}_{2}O）}{p（C{O}_{2}）p（{H}_{2}）}$=$\frac{\frac{1.0}{10}×\frac{1.0}{10}}{\frac{5.0}{10}×\frac{3.0}{10}}$=0.067，
故答案为：0.067；
③A．保持其它气体的分压不变，增大H2的分压，H2的反应速率增大，但其平衡转化率降低，故A错误；
B．适当升高反应温度，物质的内能增加，化学反应速率增大，由于该反应的正反应是吸热反应，升高温度，化学平衡正向移动，因此可以使H2的平衡转化率提高，故B正确；
C．选择使用正催化剂只能增大反应速率，但平衡不移动，因此H2的平衡转化率不变，故C错误；
D．保持总压不变，充入一定量的二氧化碳气体，容器的容积扩大，H2的浓度减小，反应速率减小；相对来说，由于增大了CO2，H2的平衡转化率增大，故D错误；
故答案为：B；
（3）由图可知，生成CHOH※的活化能较大，反应不易进行。活化能越大，反应速率越慢，则要使反应速率加快，主要降低⑤的反应速率，故合理选项是⑤，
故答案为：⑤；
（4）①在t1时刻c（CO）=2.38 mol/L，则根据物质反应转化关系可知：反应CO2（g）+H2（g）⇌CO（g）+H2O（g）消耗CO2为2.38 mol/L，消耗H2为2.38 mol/L，同时产生H2O是2.38 mol/L，由于开始时CO2的浓度为10.0 mol/L，则反应II：CO2（g）+3H2（g）⇌CH3OH（g）+H2O（g）消耗CO2浓度为10 mol/L-6.00 mol/L-2.38 mol/L=1.62 mol/L，该反应同时消耗H2为1.62 mol/L×3=4.86 mol/L，反应产生CH3OH浓度是1.62 mol/L，产生H2O浓度为1.62 mol/L，故t1时c（CO2）=6.00 mol/L，c（H2）=23 mol/L-2.38 mol/L-4.86 mol/L=15.76 mol/L，c（CO）=2.38 mol/L，c（H2O）=2.38 mol/L+1.62 mol/L=4.0 mol/L，则t1时浓度熵Qc=$\frac{c（CO）c（{H}_{2}O）}{c（C{O}_{2}）c（{H}_{2}）}$=$\frac{2.38×4.0}{15.76×6.0}$=0.10；根据图示可知：在b点后各种物质的浓度不再发生变化，说明反应达到平衡状态，
故答案为：0.10；是；
②根据图示可知：CO的物质的量浓度先增大在t1达到最大值，后又逐渐减小，这是由于该反应生成CO的速率比CH3OH大，起始时，CO的量由速率控制，后来由平衡控制，
故答案为：该反应生成CO的速率比CH3OH大，起始时，CO的量由速率控制，后来由平衡控制；
③反应在t2时刻处于平衡状态，由于反应I的正反应是吸热反应，反应II的正反应是放热反应。若升高装置温度，反应II的化学平衡逆向移动，导致CO2的浓度增大，且反应II化学平衡正向移动，使CO的浓度增大，故重新达到平衡时，c（CO）增大，反应II的正反应是气体体积减小的反应，若将装置的体积缩小一倍，体系的压强增大，反应II的化学平衡正向移动，导致c（CO2）减小，c（CO2）减小又使反应I的化学平衡逆向移动，因此反应最终重新达到平衡时n（CO）减小，
故答案为：A；B。
故答案为：-94.9；
（2）①反应从正反应方向开始，根据图示可知在20～80 min时反应物X的分压由5.5变为5.0，减少了0.5 kPa，则X表示反应物H2，下面的曲线表示的是生成物CO或H2。由于CO2、H2反应时物质的量的比相同，反应速率相同，所以v（H2）=$\frac{△c}{△t}$=$\frac{0.5kPa}{60min}$=0.0083kPa/min，
故答案为：0.0083；
②反应在80 min时达到平衡状态，H2的分压是5.0 kPa，根据物质反应转化关系可知CO、H2O的平衡分压相同都是1.0 kPa，由于此时总压强为10.0 kPa，所以CO2的平衡分压为10.0 kPa-5.0 kPa-1.0 kPa-1.0 kPa=3.0 kPa，则反应CO2（g）+H2（g）⇌CO（g）+H2O（g）的化学平衡常数Kp=$\frac{p（CO）p（{H}_{2}O）}{p（C{O}_{2}）p（{H}_{2}）}$=$\frac{\frac{1.0}{10}×\frac{1.0}{10}}{\frac{5.0}{10}×\frac{3.0}{10}}$=0.067，
故答案为：0.067；
③A．保持其它气体的分压不变，增大H2的分压，H2的反应速率增大，但其平衡转化率降低，故A错误；
B．适当升高反应温度，物质的内能增加，化学反应速率增大，由于该反应的正反应是吸热反应，升高温度，化学平衡正向移动，因此可以使H2的平衡转化率提高，故B正确；
C．选择使用正催化剂只能增大反应速率，但平衡不移动，因此H2的平衡转化率不变，故C错误；
D．保持总压不变，充入一定量的二氧化碳气体，容器的容积扩大，H2的浓度减小，反应速率减小；相对来说，由于增大了CO2，H2的平衡转化率增大，故D错误；
故答案为：B；
（3）由图可知，生成CHOH※的活化能较大，反应不易进行。活化能越大，反应速率越慢，则要使反应速率加快，主要降低⑤的反应速率，故合理选项是⑤，
故答案为：⑤；
（4）①在t1时刻c（CO）=2.38 mol/L，则根据物质反应转化关系可知：反应CO2（g）+H2（g）⇌CO（g）+H2O（g）消耗CO2为2.38 mol/L，消耗H2为2.38 mol/L，同时产生H2O是2.38 mol/L，由于开始时CO2的浓度为10.0 mol/L，则反应II：CO2（g）+3H2（g）⇌CH3OH（g）+H2O（g）消耗CO2浓度为10 mol/L-6.00 mol/L-2.38 mol/L=1.62 mol/L，该反应同时消耗H2为1.62 mol/L×3=4.86 mol/L，反应产生CH3OH浓度是1.62 mol/L，产生H2O浓度为1.62 mol/L，故t1时c（CO2）=6.00 mol/L，c（H2）=23 mol/L-2.38 mol/L-4.86 mol/L=15.76 mol/L，c（CO）=2.38 mol/L，c（H2O）=2.38 mol/L+1.62 mol/L=4.0 mol/L，则t1时浓度熵Qc=$\frac{c（CO）c（{H}_{2}O）}{c（C{O}_{2}）c（{H}_{2}）}$=$\frac{2.38×4.0}{15.76×6.0}$=0.10；根据图示可知：在b点后各种物质的浓度不再发生变化，说明反应达到平衡状态，
故答案为：0.10；是；
②根据图示可知：CO的物质的量浓度先增大在t1达到最大值，后又逐渐减小，这是由于该反应生成CO的速率比CH3OH大，起始时，CO的量由速率控制，后来由平衡控制，
故答案为：该反应生成CO的速率比CH3OH大，起始时，CO的量由速率控制，后来由平衡控制；
③反应在t2时刻处于平衡状态，由于反应I的正反应是吸热反应，反应II的正反应是放热反应。若升高装置温度，反应II的化学平衡逆向移动，导致CO2的浓度增大，且反应II化学平衡正向移动，使CO的浓度增大，故重新达到平衡时，c（CO）增大，反应II的正反应是气体体积减小的反应，若将装置的体积缩小一倍，体系的压强增大，反应II的化学平衡正向移动，导致c（CO2）减小，c（CO2）减小又使反应I的化学平衡逆向移动，因此反应最终重新达到平衡时n（CO）减小，
故答案为：A；B。