Question

【題目】研究CO和CO2的應用對構建低碳、環保的生態文明型社會具有重要的意義。以CO和H2為原料可以制取甲醇。已知部分反應的熱化學方程式如下：

反應Ⅰ CO(g)＋2H2(g)CH3OH(g) ΔH＝－99 kJ·mol－1

反應Ⅱ CO2(g)＋H2(g)CO(g)＋H2O(l) ΔH＝－3 kJ·mol－1

反應Ⅲ H2O(g)＝H2O(l) ΔH＝－44 kJ·mol－1

（1）反應CO2(g)＋3H2(g)CH3OH(g)＋H2O(g)的ΔH＝____kJ·mol－1。

（2）向T1℃的恒容密閉容器中充入一定量的CO和H2，發生反應Ⅰ，保持溫度不變，測得CH3OH的物質的量隨時間的變化關系如圖所示。

①下列條件可以判定反應到達平衡狀態的是____（填字母）。

A．2v正(H2)＝v逆(CH3OH)

B．容器內氣體的密度不變

C．容器內壓強不變

D．反應不再釋放熱量

②在圖中作出當其他條件不變，溫度改為T2℃（T1＜T2）時CH3OH的物質的量隨時間的變化關系圖。_____

（3）體積可變的密閉容器中，起始n(H2)/n(CO)＝2.60時，反應Ⅰ體系中CO的平衡轉化率(α)與溫度和壓強的關系如圖所示。

①α(CO)隨溫度升高而減小的原因是____。

②圖中壓強p1、p2、p3中最大的是____。

③若起始CO、H2、CH3OH的物質的量分別為0 mol、1.2 mol、2 mol，保持溫度為530K、壓強為p2，反應達到平衡時，CH3OH的轉化率是____。

（4）以二氧化鈦表面覆蓋Cu2Al2O4為催化劑，可以將CO2和CH4直接轉化為乙酸。在不同溫度下乙酸的生成速率如圖所示。250~300℃時，溫度升高而乙酸的生成速率降低的原因是____。

Answer 1

【答案】－58 CD 正反應為放熱反應，升高溫度，平衡向逆反應方向移動，CO的轉化率減小 p1 25% 催化劑失去活性（或催化劑活性降低）

【解析】

（1）根據蓋斯定律分析計算；

（2）①可逆反應達到平衡時，同種物質的正逆反應速率相等且保持不變，各組分的濃度、含量保持不變，由此衍生的其它一些量不變，判斷平衡的物理量應隨著反應進行發生變化，該物理量由變化到不再變化說明達到平衡；

②在圖中做出當其他條件不變，溫度改為T2℃（T1＜T2）時，升溫平衡逆向進行，甲醇的物質的量減少，達到平衡的時間縮短，據此畫出隨時間的變化關系圖；

（3）①α(CO)隨溫度升高而減小的原因是反應為放熱反應，升溫平衡逆向進行；

②反應Ⅰ是氣體體積減小的放熱反應，溫度一定，壓強越大，平衡正向進行；

③若起始一氧化碳和氫氣和甲醇的物質的量分別為0 mol、1.2 mol、2 mol，相當于加入2mol一氧化碳和5.2mol氫氣，起始n(H2)/n(CO)＝2.60，根據圖像可知，壓強為p2時一氧化碳的轉化率為75%，平衡時剩余的一氧化碳為2mol×（1-75%）=0.5mol，兩個平衡互為等效平衡，達到平衡時各組分的濃度不變，則原平衡達到平衡狀態時一氧化碳的物質的量為0.5mol，根據反應可知，轉化的甲醇的物質的量為0.5mol，據此計算甲醇的轉化率。

（4）該反應中使用了催化劑，結合催化劑的催化活性受溫度影響分析。

（1）根據蓋斯定律分析計算，反應Ⅰ CO(g)＋2H2(g)CH3OH(g) ΔH＝－99 kJ·mol－1，反應Ⅱ CO2(g)＋H2(g)CO(g)＋H2O(l) ΔH＝－3 kJ·mol－1，反應Ⅲ H2O(g)＝H2O(l) ΔH＝－44 kJ·mol－1，Ⅰ-Ⅱ-Ⅲ得熱化學方程式為：CO2(g)＋3H2(g)CH3OH(g)＋H2O(g)的ΔH＝-99+3+44=-58kJ·mol－1；

（2）①A．2v正(H2)＝v逆(CH3OH)不能說明甲醇的正逆反應速率相同，故錯誤；B．反應前后質量和體積不變，容器內氣體的密度始終不變，不能說明反應到平衡，故錯誤；C．反應前后氣體物質的量變化，說明容器內壓強不變能說明反應到平衡。故正確；D．反應不再釋放熱量說明正逆反應速率相等，反應到平衡，故正確。故選CD。

②在圖中做出當其他條件不變，溫度改為T2℃（T1＜T2）時，升溫平衡逆向進行，甲醇的物質的量減少，達到平衡的時間縮短，據此畫出隨時間的變化關系圖：；

（3）①α(CO)隨溫度升高而減小的原因是反應為放熱反應，升溫平衡逆向進行；

②反應Ⅰ是氣體體積減小的放熱反應，溫度一定，壓強越大，平衡正向進行，一氧化碳的轉化率增大，所以壓強大小關系為p1>p2>p3，壓強最大的是p1；

③若起始一氧化碳和氫氣和甲醇的物質的量分別為0 mol、1.2 mol、2 mol，相當于加入2mol一氧化碳和5.2mol氫氣，起始n(H2)/n(CO)＝2.60，根據圖像可知，壓強為p2時一氧化碳的轉化率為75%，平衡時剩余的一氧化碳為2mol×（1-75%）=0.5mol，兩個平衡互為等效平衡，達到平衡時各組分的濃度不變，則原平衡達到平衡狀態時一氧化碳的物質的量為0.5mol，根據反應CO(g)＋2H2(g)CH3OH(g)可知，轉化的甲醇的物質的量為0.5mol，甲醇的轉化率為。

（4）該反應中使用了催化劑，溫度超過250℃，催化劑的催化效率降低，所以溫度升高而乙酸的生成速率降低。