Question

【題目】I 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下圖所示。 請回答：

（1） 在前10min內，用CO2濃度的變化表示的反應速率(CO2)=________mol·L－1·min－1。

（2）10min時體系的壓強與開始時壓強之比為______。

（3）該溫度下，反應的化學平衡常數數值是__________。

Ⅱ氫氣是一種理想的綠色能源，利用生物質發酵得到的乙醇制取氫氣，具有良好的應用前景。乙醇水蒸氣重整制氫的部分反應過程如1圖所示：

已知：反應I和反應II的平衡常數隨溫度變化曲線如圖2所示。

（4）反應I中，1molCH3CH2OH(g)參與反應后的熱量變化是256kJ

①H2O的電子式是______

②反應I的熱化學方程式是_________________________________

（5）反應II，在進氣比[n(CO)：n(H2O)不同時，測得相應的CO的平衡轉化率見圖3(各點對應的反應溫度可能相同，也可能不同)

①圖中D、E兩點對應的反應溫度分別為TD和TE。判斷：TD______TE (填“>”“< ” 或“=”)

②經分析，A、E和G三點對應的反應溫度相同，其原因是A、E和G三點對應的______相同。

③當不同的進氣比達到相同的CO平衡轉化率時，對應的反應溫度和進氣比的關系是_________________。

Answer 1

【答案】0.075 5:8 5.3 < 化學平衡常數 進氣比越大，反應溫度越低

【解析】

（1）V=△c/△t計算

（2）氣體壓強之比等于氣體物質的量之比計算；

（3）根據化學平衡常數的定義求解；

（4）①水為共價化合物，據此進行分析；

②根據熱化學方程式的書寫方法可知，化學計量數與反應熱成正比，并注意標明物質的聚集狀態，根據燃燒熱的概念結合熱化學方程式的書寫來回答；

③由圖可知，當CO的轉化率相同時，溫度由低到高對應的進氣比為0.5、1、1.5，由此可確定溫度與進氣比的關系；

I. CO2（g）+3H2（g）CH3OH（g）+H2O（g）

起始量（mol·L－1） 1 3 0 0

起始量（mol·L－1） 0.75 2.25 0.75 0.75

平衡量（mol·L－1） 0.25 0.75 0.75 0.75

（1） 在前10min內，用CO2濃度的變化表示的反應速率(CO2)=0.75mol·L－1÷10min=0.075mol·L－1·min－1。

（2）容器內的平衡壓強與起始壓強之比=氣體物質的量之比=（0.25+0.75+0.75+0.75）×2：8=5：8；

（3）該溫度下，反應的化學平衡常數數值是=0.752÷(0.753×0.25)=5.3；。

Ⅱ（4）①水為共價化合物，故水的電子式為：，

②反應I的熱化學方程式是CH3CH2OH（g）+H2O（g）═4H2（g）+2CO（g）△H=+256 kJ·mol－1；

（5）①已知CO（g）+H2O（g）CO2（g）+H2（g）△H=-42kJ·mol－1，反應為放熱反應，升溫平衡逆向進行，CO轉化率減小，圖中D、E兩點對應的反應溫度分別為TD和TE．D點CO轉化率大于E點CO轉化率，說明TD＜TE ；

②E點平衡常數

CO（g）+H2O（g）CO2（g）+H2（g）

起始量 1 1 0 0

變化量 0.5 0.5 0.5 0.5

平衡量 0.5 0.5 0.5 0.5

K=1

A點平衡常數

CO（g）+H2O（g）CO2（g）+H2（g）

起始量 1 2 0 0

變化 2/3 2/3 2/3 2/3

平衡 1/3 4/3 2/3 2/3

K=1

G點平衡常數

CO（g）+H2O（g）CO2（g）+H2（g）

起始量 3 2 0 0

變化量 1.2 1.2 1.2 1.2

平衡量 18 0.8 1 2 1.2

K=(1.2×1.2) ÷(1.8×0.8)=1，

故與圖2中E點對應的反應溫度相同的為A、G，A、E和G三點對應的反應溫度相同，其原因是A、E和G三點對應的化學平衡常數相同；

③由圖可知，當CO的轉化率相同時，溫度由低到高對應的進氣比為0.5、1、1.5，進氣比越高達到相同轉化率所需的溫度越低。