探究CH3OH合成反应化学平衡的影响因素，有利于提高CH3OH的产率。以CO2、H2为原料...

探究CH3OH合成反应化学平衡的影响因素，有利于提高CH3OH的产率。以CO2、H2为原料合成CH3OH涉及的主要反应如下：

Ⅰ. 　　　　　　　　

Ⅱ. 　　　　　　　　　　　　　

Ⅲ. 　　　　　　　　　　

回答下列问题：

(1)_________。

(2)一定条件下，向体积为VL的恒容密闭容器中通入1 mol CO2和3 mol H2发生上述反应，达到平衡时，容器中CH3OH(g)为ɑ mol，CO为b mol，此时H2O(g)的浓度为__________mol﹒L-1(用含a、b、V的代数式表示，下同)，反应Ⅲ的平衡常数为___________。

(3)不同压强下，按照n(CO2)：n(H2)=1：3投料，实验测定CO2的平衡转化率和CH3OH的平衡产率随温度的变化关系如下图所示。

已知：CO2的平衡转化率=

CH3OH的平衡产率=

其中纵坐标表示CO2平衡转化率的是图___________(填“甲”或“乙”)；压强p1、p2、p3由大到小的顺序为___________；图乙中T1温度时，三条曲线几乎交于一点的原因是___________。

(4)为同时提高CO2的平衡转化率和CH3OH的平衡产率，应选择的反应条件为_________(填标号)。

A.低温、高压　　 B.高温、低压　　 C.低温、低压　 D.高温、高压

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甲醇是重要的化工原料。在催化剂的作用下，利用合成气(主要成分为CO、CO2和H2)合成甲醇的主要化学反应如下：

Ⅰ．CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)　ΔH1

Ⅱ．CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)　ΔH2=−58 kJ·mol−1

Ⅲ．CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g)　ΔH3

请回答下列问题：

（1）化学反应热ΔH=生成物标准生成热总和−反应物标准生成热总和。已知四种物质的标准生成热如下表：

①计算ΔH1=________ kJ·mol−1 。

②ΔH3________ 0 (填“=”“＞”或“＜”)。

（2）当合成气的组成比n(H2) /n(CO+CO2)=2.60时，体系中CO的平衡转化率(α)与温度和压强的关系如图所示：

①α(CO)随温度升高而________(填“增大”或“减小”)。

②图中p1、p2、p3的大小关系为________，判断的理由是___________________________________________________________________________。

（3）在一定条件下由甲醇可以制备甲醚。一定温度下，在三个体积均为1 L的恒容密闭容器中发生反应：2CH3OH(g)CH3OCH3(g)+H2O(g)，实验数据见下表：

下列说法正确的是________。

A．该反应的正反应是放热反应

B．平衡时容器a中CH3OH的体积分数比容器b中的小

C．若a是容积为1 L的绝热容器，则平衡时a中CH3OH的转化率增大

D．若起始时向容器a中充入0.15molCH3OH(g)、0.15molCH3OCH3(g)和0.1molH2O(g)，则反应向正反应方向进行

（4）直接甲醇燃料电池（Direct Methanol Fuel Cell，DMFC）属于质子交换膜燃料电池，其工作原理如图所示：

①c处通入的气体是________。

②负极的电极反应式是__________________________________________。

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CH3OCH3（二甲醚）常用作有机合成的原料，也用作溶剂和麻醉剂。CO2与H2合成CH3OCH3涉及的相关热化学方程式如下：

Ⅰ.CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)　　　 ΔH1=-49.1kJ·mol-1

Ⅱ.2CH3OH(g)CH3OCH3(g)+H2O(g)　　　 ΔH2=-24.5kJ·mol-1

Ⅲ.CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2(g)　　　 ΔH3

Ⅳ.2CO2(g)+6H2(g)CH3OCH3(g)+3H2O(g)　　　 ΔH4

回答下列问题：

⑴ΔH4=__kJ·mol-1。

⑵体系自由能变ΔG=ΔH-TΔS，ΔG<0时反应能自发进行。反应Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ的自由能变与温度的关系如图a所示，在298~998K下均能自发进行的反应为__（填“Ⅰ”“Ⅱ”或“Ⅲ”）。

⑶在三个完全相同的恒容密闭容器中，起始时均通入3molH2和1molCO2，分别只发生反应Ⅰ、Ⅲ、Ⅳ时，CO2的平衡转化率与温度的关系如图b所示。

①ΔH3__0（填“>”或“<”）。

②反应Ⅳ，若A点总压强为pMPa，则A点时CO2的分压为p(CO2)__pMPa（精确到0.01）。

③在B点对应温度下， K（Ⅰ）__（填“大于”“小于”或“等于”）K（Ⅲ）。

⑷向一体积为1L的密闭容器中通入H2和CO2，只发生反应Ⅳ。CO2的平衡转化率与压强、温度及氢碳比m[m=]的关系分别如图c和图d所示。

①图c中压强从大到小的顺序为__，图d中氢碳比m从大到小的顺序为__。

②若在1L恒容密闭容器中充入0.2molCO2和0.6molH2，CO2的平衡转化率为50%，则在此温度下该反应的平衡常数K=__（保留整数）。

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CH3OCH3（二甲醚）常用作有机合成的原料，也用作溶剂和麻醉剂。CO2与H2合成CH3OCH3涉及的相关热化学方程式如下：

Ⅰ.CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)　　　 ΔH1=-49.1kJ·mol-1

Ⅱ.2CH3OH(g)CH3OCH3(g)+H2O(g)　　　 ΔH2=-24.5kJ·mol-1

Ⅲ.CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2(g)　　　 ΔH3

Ⅳ.2CO2(g)+6H2(g)CH3OCH3(g)+3H2O(g)　　　 ΔH4

回答下列问题：

⑴ΔH4=__kJ·mol-1。

⑵体系自由能变ΔG=ΔH-TΔS，ΔG<0时反应能自发进行。反应Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ的自由能变与温度的关系如图a所示，在298~998K下均能自发进行的反应为__（填“Ⅰ”“Ⅱ”或“Ⅲ”）。

⑶在三个完全相同的恒容密闭容器中，起始时均通入3molH2和1molCO2，分别只发生反应Ⅰ、Ⅲ、Ⅳ时，CO2的平衡转化率与温度的关系如图b所示。

①ΔH3__0（填“>”或“<”）。

②反应Ⅳ，若A点总压强为pMPa，则A点时CO2的分压为p(CO2)__pMPa（精确到0.01）。

③在B点对应温度下， K（Ⅰ）__（填“大于”“小于”或“等于”）K（Ⅲ）。

⑷向一体积为1L的密闭容器中通入H2和CO2，只发生反应Ⅳ。CO2的平衡转化率与压强、温度及氢碳比m[m=]的关系分别如图c和图d所示。

①图c中压强从大到小的顺序为__，图d中氢碳比m从大到小的顺序为__。

②若在1L恒容密闭容器中充入0.2molCO2和0.6molH2，CO2的平衡转化率为50%，则在此温度下该反应的平衡常数K=__（保留整数）。

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CH3OCH3（二甲醚）常用作有机合成的原料，也用作溶剂和麻醉剂。CO2与H2合成CH3OCH3涉及的相关热化学方程式如下：

Ⅰ.CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)　　　 ΔH1=-49.1kJ·mol-1

Ⅱ.2CH3OH(g)CH3OCH3(g)+H2O(g)　　　 ΔH2=-24.5kJ·mol-1

Ⅲ.CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2(g)　　　 ΔH3

Ⅳ.2CO2(g)+6H2(g)CH3OCH3(g)+3H2O(g)　　　 ΔH4

回答下列问题：

⑴ΔH4=__kJ·mol-1。

⑵体系自由能变ΔG=ΔH-TΔS，ΔG<0时反应能自发进行。反应Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ的自由能变与温度的关系如图a所示，在298~998K下均能自发进行的反应为__（填“Ⅰ”“Ⅱ”或“Ⅲ”）。

⑶在三个完全相同的恒容密闭容器中，起始时均通入3molH2和1molCO2，分别只发生反应Ⅰ、Ⅲ、Ⅳ时，CO2的平衡转化率与温度的关系如图b所示。

①ΔH3__0（填“>”或“<”）。

②反应Ⅳ，若A点总压强为pMPa，则A点时CO2的分压为p(CO2)__pMPa（精确到0.01）。

③在B点对应温度下， K（Ⅰ）__（填“大于”“小于”或“等于”）K（Ⅲ）。

⑷向一体积为1L的密闭容器中通入H2和CO2，只发生反应Ⅳ。CO2的平衡转化率与压强、温度及氢碳比m[m=]的关系分别如图c和图d所示。

①图c中压强从大到小的顺序为__，图d中氢碳比m从大到小的顺序为__。

②若在1L恒容密闭容器中充入0.2molCO2和0.6molH2，CO2的平衡转化率为50%，则在此温度下该反应的平衡常数K=__（保留整数）。

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“一碳化学”是指以含一个碳原子的化合物（如：CO2、CO、CH4、CH3OH等）为初始反应物，合成一系列重要的化工原料和燃料的化学。以CO2和NH3为原料合成尿素是利用CO2的成功范例。在尿素合成塔中的主要反应可表示如下：

反应I：2NH3(g)+CO2(g)NH2COONH4(s)　　　　 △H1=-159.47kJ/mol　　　　 K1

反应II：NH2COONH4(s)CO(NH2)2(s)+H2O(g)　 △H2=+72.49kJ/mol　　　　 K2

总反应：2NH3(g)+CO2(g)CO(NH2)2(s)+H2O(g)　 △H3　　　　　　　　　　　　 K3

请回答下列问题：

（1）①总反应的△H3=_______kJ/mol。该热化学方程式的平衡常数K3=____________(用K1、K2表示)。

②反应I一般在_________（填“高温”或“低温”）情况下有利于该反应的进行。

③一定温度下，在体积为固定的密闭容器中按计量比进行反应I，下列不能说明反应达到了平衡状态的是__________（填序号）。

A．混合气体的平均相对分子质量不再变化　

B．容器内气体总压强不再变化

C．2V正(NH3)=V逆(CO2)　　　　　　　　　

D．容器内混合气体的密度不再变化

④环境为真空时，在一敞开容器（非密闭容器）中加入NH2COONH4固体，足够长时间后，反应是否建立平衡状态? ___________（填“是”或“否”）。

（2）在体积可变的恒压(p总)密闭容器中充入1 mol CO2 与足量的碳，让其发生反应：C(s)+ CO2(g)2CO(g) △H>0。平衡时，体系中气体体积分数与温度的关系如下图所示。

①T℃时，在容器中若充入稀有气体，v(正)___v(逆)(填“>”“<”或“=”)；若充入等体积的CO2 和CO，平衡________移动(填“正向”“逆向”或“不”)。

②650℃，CO2 的转化率为_____________。

③已知：气体分压(P分)=气体总压×体积分数。用平衡分压代替平衡浓度表示平衡常数，925℃时，Kp=_____________ (用含P总的代数式表示)。

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“一碳化学”是指以含一个碳原子的化合物（如:CO2、CO、CH4、CH3OH等）为初始反应物,合成一系列重要的化工原料和燃料的化学。

（1）以CO2和NH3为原料合成尿素是利用CO2的成功范例。在尿素合成塔中的主要反应可表示如下:

反应I:2NH3(g)+CO2(g)=NH2COONH4(s)△H1

反应II:NH2COONH4(s)=CO(NH2)2(s)+H2O(g)　　 △H2=+72.49kJ/mol

总反应:2NH3(g)+CO2(g)==CO(NH2)2(s)+H2O(g) △H3=-86.98kJ/mol

请回答下列问题:

①反应I的△H1=______ kJ/mol

②反应II一般在_________（填“高温”或“低温”）情况下有利于该反应的进行。

③一定温度下,在体积为固定的密闭容器中按计量比进行反应I,下列能说明反应达到了平衡状态的是__________（填序号）。

A．混合气体的平均相对分子质量不再变化　　　　 B．容器内气体总压强不再变化

C．2V正(NH3)=V逆(CO2)　　　　　　　　　　　　　　 D．容器内混合气体的密度不再变化

④环境为真空时,在一敞开容器（非密闭容器）中加入NH2COONH4固体,足够长时间后，反应是否建立平衡状态? ___________（填“是”或“否”）

（2）将CO2和H2充入一定体积的密闭容器中，在两种温度下发生反应:CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)。测得CH3OH的物质的量随时间的变化如下图。

①曲线I.II对应的平衡常数大小关系为KI_______KII（填“ >”、“<”或“=”）。

②一定温度下,在容积相同且固定的两个密闭容器中，按如下方式加入反应物，一段时间后达到平衡。

若甲容器平衡后气体的压强为开始的0.8倍,则甲容器平衡混合气体中CH3OH(g)的体积分数为_______，要使平衡后乙容器与甲容器中相同组分的体积分数相等,且起始时维持化学反应向逆反应方向进行,乙容器中c的取值范围为________。

（3）以TiO2/Cu2Al2O4为催化剂，可以将CO2和CH4直接转化成乙酸。在不同温度下催化剂的催化效率与乙酸的生成速率的关系如下图,乙酸的生成速率主要取决于温度影响的范围是________________。

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“一碳化学”是指以含一个碳原子的化合物（如:CO2、CO、CH4、CH3OH等）为初始反应物,合成一系列重要的化工原料和燃料的化学。

（1）以CO2和NH3为原料合成尿素是利用CO2的成功范例。在尿素合成塔中的主要反应可表示如下:

反应I:2NH3(g)+CO2(g)=NH2COONH4(s)△H1

反应II:NH2COONH4(s)=CO(NH2)2(s)+H2O(g)　　 △H2=+72.49kJ/mol

总反应:2NH3(g)+CO2(g)==CO(NH2)2(s)+H2O(g) △H3=-86.98kJ/mol

请回答下列问题:

①反应I的△H1=______ kJ/mol

②反应II一般在_________（填“高温”或“低温”）情况下有利于该反应的进行。

③一定温度下,在体积为固定的密闭容器中按计量比进行反应I,下列能说明反应达到了平衡状态的是__________（填序号）。

A．混合气体的平均相对分子质量不再变化　　　　 B．容器内气体总压强不再变化

C．2V正(NH3)=V逆(CO2)　　　　　　　　　　　　　　 D．容器内混合气体的密度不再变化

④环境为真空时,在一敞开容器（非密闭容器）中加入NH2COONH4固体,足够长时间后，反应是否建立平衡状态? ___________（填“是”或“否”）

（2）将CO2和H2充入一定体积的密闭容器中，在两种温度下发生反应:CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)。测得CH3OH的物质的量随时间的变化如下图。

①曲线I.II对应的平衡常数大小关系为KI_______KII（填“ >”、“<”或“=”）。

②一定温度下,在容积相同且固定的两个密闭容器中，按如下方式加入反应物，一段时间后达到平衡。

若甲容器平衡后气体的压强为开始的0.8倍,则甲容器平衡混合气体中CH3OH(g)的体积分数为_______，要使平衡后乙容器与甲容器中相同组分的体积分数相等,且起始时维持化学反应向逆反应方向进行,乙容器中c的取值范围为________。

（3）以TiO2/Cu2Al2O4为催化剂，可以将CO2和CH4直接转化成乙酸。在不同温度下催化剂的催化效率与乙酸的生成速率的关系如下图,乙酸的生成速率主要取决于温度影响的范围是________________。

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甲醇是重要的化工原料。利用合成气(主要成分为CO、CO2和H2)在催化剂的作用下合成甲醇，发生的主要反应如下：

① CO(g)＋2H2(g)CH3OH(g)　　　　　　 ΔH1 ＝－99kJ·mol－1

② CO2(g)＋3H2(g)CH3OH(g)＋H2O(g)　 ΔH2＝－58 kJ·mol－1

③ CO2(g)＋H2(g)CO(g)＋H2O(g)　　　　 ΔH3

（1）CO2的电子式是________________。

（2）ΔH3＝______kJ·mol－1，②反应正向的熵变ΔS______0(填“＞”“＜”或“＝”)。

（3）在容积为2 L的密闭容器中，充入一定量CO2和H2合成甲醇(上述②反应)，在其他条件不变时，温度T1、T2对反应的影响图像如图。

①温度为T1时，从反应到平衡，生成甲醇的平均速率为v(CH3OH)＝_____ mol·L－1·min－1。

②图示的温度T1______T2（填写“>”、“<”或“=”）

（4）T1温度时，将2 mol CO2和6 mol H2充入2 L密闭容器中，充分反应(上述②反应)达到平衡后，若CO2转化率为50%，此时容器内的压强与起始压强之比为________；反应②在该温度达到平衡时，其平衡常数的数值为_______。

（5）若反应②在原电池条件下实现，请写出酸性条件下惰性电极上由CO2生成CH3OH的电极反应式：____________________,该电极为原电池的_______极。

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甲醇是重要的化工原料。利用合成气(主要成分为CO、CO2和H2)在催化剂的作用下合成甲醇，发生的主要反应如下：

① CO(g)＋2H2(g)CH3OH(g)　　　　　　 ΔH1 ＝－99kJ·mol－1

② CO2(g)＋3H2(g)CH3OH(g)＋H2O(g)　 ΔH2＝－58 kJ·mol－1

③ CO2(g)＋H2(g)CO(g)＋H2O(g)　　　　 ΔH3

（1）CO2的电子式是________________。

（2）ΔH3＝______kJ·mol－1，②反应正向的熵变ΔS______0(填“＞”“＜”或“＝”)。

（3）在容积为2 L的密闭容器中，充入一定量CO2和H2合成甲醇(上述②反应)，在其他条件不变时，温度T1、T2对反应的影响图像如图。

①温度为T1时，从反应到平衡，生成甲醇的平均速率为v(CH3OH)＝_____ mol·L－1·min－1。

②图示的温度T1______T2（填写“>”、“<”或“=”）

（4）T1温度时，将2 mol CO2和6 mol H2充入2 L密闭容器中，充分反应(上述②反应)达到平衡后，若CO2转化率为50%，此时容器内的压强与起始压强之比为________；反应②在该温度达到平衡时，其平衡常数的数值为_______。

（5）若反应②在原电池条件下实现，请写出酸性条件下惰性电极上由CO2生成CH3OH的电极反应式：____________________,该电极为原电池的_______极。

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