Question

【題目】甲醇是重要的化工原料，又是一種可再生能源，具有廣泛的開發和應用前景。

（1）已知反應CO(g)+2H2(g)CH3OH(g) H＝－99kJmol-1中的相關化學鍵鍵能如下：

則x＝___________。

化學鍵	H-H	C-O	C三O	H-O	C-H
E/（kJmol-1)	436	343	x	465	413

（2）在一容積可變的密閉容器中，1molCO與2molH2發生反應：CO(g)+2H2(g)CH3OH(g) H1<0，CO在不同溫度下的平衡轉化率(α)與壓強的關系如下圖所示。

①T1_________T2（填“>”、“<”、“=”）；a、b兩點的反應速率：v(a)_____v(b）（填“>”、“<”、“=”）；

在c點條件下，下列敘述能說明上述反應能達到化學平衡狀態的是_____(填字母)；

a.H2的消耗速率是CH3OH生成速率的2倍 b.CH3OH的體積分數不再改變

C.混合氣體的密度不再改變 d.CO和CH3OH的物質的量之和保持不變

②計算圖中a點的平衡常數KP=_____(用平衡分壓代替平衡濃度計算，分壓=總壓×物質的量分數)。

（3）利用合成氣(主要成分為CO、CO2和H2)合成甲醇，發生的主要反應如下：

a：CO(g)＋2H2(g)CH3OH(g) H1

b：CO2(g)＋H2(g)CO(g)＋H2O(g) H2

c：CO2(g)＋3H2(g)CH3OH(g)＋H2O(g) H3

①述反應對應的平衡常數分別為K1、K2、K3，它們隨溫度變化的曲線如下圖所示。

則H1__________H3（填“>”、“<”、“=”），理由是_______。

②一定溫度下，在3 L容積可變的密閉容器中發生反應b，已知c(CO)與反應時間t變化曲線Ⅰ如圖所示，若在t0時刻分別改變一個條件，曲線Ⅰ變為曲線Ⅱ和曲線Ⅲ。當曲線Ⅰ變為曲線Ⅱ時，改變的條件是________；當曲線Ⅰ變為曲線Ⅲ時，改變的條件是_________。

③反應c的 △H___0， △S____0（填“>”“=”或“<”）。

Answer 1

【答案】1076＜＜bc1.6×10－7 (kPa)－2＜由圖可知，隨著溫度升高，K2增大，則△H2＞0，根據蓋斯定律又得△H3＝△H1＋△H2，所以△H1＜△H3加入催化劑將容器的體積快速壓縮至2L<<

【解析】

(1)根據反應熱=反應物的總鍵能-生成物的總鍵能計算；
(2)①壓強相同時一氧化碳的轉化率高，所以平衡正向移動，而正反應是放熱反應，溫度升高，平衡逆向移動，CO的平衡轉化率減小，故T1<T2；壓強越大反應速率越快，所以a、b兩點的反應速率：v(a)<v(b）；根據化學平衡時正逆反應速率相等，各物質含量不再改變分析；
②結合化學平衡三行計算列式計算平衡物質的物質的量，用平衡分壓代替平衡濃度計算，分壓=總壓×物質的量分數；
(3) ①反應1、2、3其對應的平衡常數分別為K1、K2、K3，根據圖1它們隨溫度變化的曲線結合蓋斯定律進行分析解答。

②圖象分析曲線Ⅰ變化為曲線Ⅱ是縮短反應達到平衡的時間，最后達到相同平衡狀態，體積是可變得是恒壓容器，說明改變的是加入了催化劑；當曲線Ⅰ變為曲線Ⅲ時一氧化碳物質的量增大，反應是氣體體積不變的反應，可變容器中氣體體積和濃度成反比，氣體物質的量不變；

③由圖可知，隨著溫度升高，K3減小，則△H3<0，根據反應物和產物氣體系數和的大小可以判斷熵變符號。

(1)反應熱=反應物的總鍵能-生成物的總鍵能，則△H =2×436+x-343-413×3-465=-99，計算得出x=1076；
因此，本題正確答案是：1076；
(2)①壓強相同時一氧化碳的轉化率高，所以平衡正向移動，而正反應是放熱反應，溫度升高，平衡逆向移動，CO的平衡轉化率減小，故T1<T2；壓強越大反應速率越快，所以a、b兩點的反應速率：v(a)<v(b）；

a.H2的消耗速率是CH3OH生成速率的2倍均為正反應速率，不能說正逆反應速率相等，故a錯誤；
b.CH3OH的體積分數隨著反應的進行增大，不再改變時化學平衡，故b正確；
c.混合氣體的總質量不變，容器可變，則混合氣體的體積減小，密度增大，不再改變時化學平衡，故c正確；
d.CO和CH3OH的物質的量之和保持不變，不能說明化學平衡，故d錯誤；
因此，本題正確答案是：＜ ；＜；bc

②a點的一氧化碳轉化率為50%，總壓為0.5104pa，
CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)
起始量(mol) 1 2 0
變化量(mol) x 2x x
平衡量(mol) 1-x 2-2x x
而一氧化碳轉化率為50%，所以x=0.5，Kp==1.6×10－7 (kPa)－2;
因此，本題正確答案是：1.6×10－7 (kPa)－2；
(3) ①由圖可以知道，隨著溫度升高，K2減小，則△H2＞0，根據蓋斯定律又得△H3＝△H1＋△H2，所以△H1＜△H3 ；
因此，本題正確答案是：＜ ；由圖可知，隨著溫度升高，K2增大，則△H2＞0，根據蓋斯定律又得△H3＝△H1＋△H2，所以△H1＜△H3；

②圖象分析曲線Ⅰ變化為曲線Ⅱ是縮短反應達到平衡的時間，最后達到相同平衡狀態，體積是可變得是恒壓容器，說明改變的是加入了催化劑；當曲線Ⅰ變為曲線Ⅲ時一氧化碳物質的量增大反應是氣體體積不變的反應，可變容器中氣體體積和濃度成反比，氣體物質的量不變，曲線Ⅰ，體積為3L，一氧化碳濃度為3mol/L，改變條件不好為曲線Ⅱ，一氧化碳濃度為4.5mol/L，則體積壓縮體積為:3：V=4.5:3，V=2L，所以將容器的體積快速壓縮至2L符合；
因此，本題正確答案是：加入催化劑；將容器的體積快速壓縮至2L；

③由圖可知，隨著溫度升高，K3減小，則△H3<0；該反應中，反應物的系數和大于產物氣體系數和，所以該反應是熵減的反應，熵變小于零，
因此，本題正確答案是：＜；＜。