Question

【題目】工業上已經實現CO2與H2反應合成甲醇。在一恒溫、恒容密閉容器中充入2molCO2和6molH2，一定條件下發生反應：CO2(g)+3H2(g)=CH3OH(g)+H2O(g)，測得CO2和CH3OH(g)的濃度隨時間變化如圖所示。請回答：

（1）該密閉容器的容積是___。

（2）達到未平衡狀態的時刻是___min(填“3”或“10”)。

（3）在前3min內，用H2濃度的變化表示的反應速率v(H2)=___mol/(L·min)。

（4）10min時體系的壓強與開始時壓強之比為__。

（5）達平衡后H2O(g)的物質的量分數是___。

（6）已知：①CO(g)+2H2(g)=CH3OH(g) △H=-90.1kJ/mol，②CO(g)+H2O(g)=CO2(g)+H2(g）△H=-41.1kJ/mol，則CO2與H2反應合成CH3OH(g)的熱化學方程式__，反應在10min內所放出的熱量為__。

Answer 1

【答案】2L 3 0.225 mol/(L·min) 30% CO2(g)+3H2(g)=CH3OH(g)+H2O(g) △H =-49 kJ/mol 98 kJ

【解析】

在一恒溫、恒容密閉容器中充入2molCO2和6molH2，從圖像可知，CO2的初始濃度為1mol/L，則體積= =2L，當各物質的濃度不再隨時間的變化而變化，而反應處于平衡狀態，由圖像可知，3min后CO2和CH3OH的濃度還在發生變化，10min后，CO2和CH3OH的濃度不發生變化，故3min是未平衡狀態，10min為平衡狀態。根據v=計算反應速率；由圖可知，在第3min時，根據v=可知二氧化碳反應速率，二氧化碳與氫氣的速率之比等于它們的計量數之比，可算出氫氣的反應速率；

（4）10min時達到平衡，利用三段式，算出10min后氣體的物質的量與開始時的物質的量之比，在相同情況下，氣體的壓強之比等于物質的量之比，可計算出10min時體系的壓強與開始時壓強之比為。達平衡后H2O(g)的物質的量分數是=nH2O/n總，利用蓋斯定律①-②可得到正確的熱化學方程式。

（1）在一恒溫、恒容密閉容器中充入2molCO2和6molH2，從圖像可知，CO2的初始濃度為1mol/L，則體積=n/v=2/1=2L，

故答案為：2L；

（2）當各物質的濃度不再隨時間的變化而變化，而反應處于平衡狀態，由圖像可知，3min后CO2和CH3OH的濃度還在發生變化，10min后，CO2和CH3OH的濃度不發生變化，故3min是未平衡狀態，10min為平衡狀態，

故答案為：3；

（3）由圖可知，在第3min時，根據v=可知二氧化碳反應速率，二氧化碳與氫氣的速率之比等于它們的計量數之比，可算出氫氣的反應速率；根據圖像可知，vCO2===0.075 mol/(L·min)，根據反應CO2(g)+3H2(g)=CH3OH(g)+H2O(g)，二氧化碳的氫氣的速率之比等于1：3，故vCO2：vH2=1：3，vH2==3vCO2=3×0.075 mol/(L·min)=0.225 mol/(L·min)，

故答案為：0.225 mol/(L·min)；

（4）列出三段式 CO2(g)+3H2(g)=CH3OH(g)+H2O(g)

始 mol/L 1 3 0 0

變 mol/L 0.75 2.25 0.75 0.75

平 mol/L 0.25 0.75 0.75 0.75

10min后達到平衡，10min時體系的壓強與開始時壓強之比為=，

故答案為：；

（5）達平衡后H2O(g)的物質的量分數===30%，

故答案為：30%；

（6）已知：①CO(g)+2H2(g)=CH3OH(g) △H1=-90.1kJ/mol，②CO(g)+H2O(g)=CO2(g)+H2(g）△H2=-41.1kJ/mol，利用蓋斯律①-②得到CO2(g)+3H2(g)=CH3OH(g)+H2O(g) △H=△H1-（△H2）=-90.1+41.1=-49 kJ/mol，1molCO2完全反應生成放出49 kJ的熱量，而題目所給的2molCO2完全反應，則放出的熱量98 kJ的熱量，

故答案為：CO2(g)+3H2(g)=CH3OH(g)+H2O(g) △H =-49 kJ/mol；98 kJ。