Question

【題目】能源、環境與生產生活和社會發展密切相關。

（1）工業上利用CO和H2在催化劑作用下合成甲醇：CO(g)+2H2(g) CH3OH(g) ，已知反應中有關物質的化學鍵鍵能數據如下表所示：

化學鍵	H—H	C—O	C≡O	H—O	C—H
E/(kJ/mol)	436	343	1076	465	413

則 CO(g)+2H2(g) CH3OH(g) △H=__________kJmol-1

（2）以甲醇為燃料的新型電池,其成本大大低于以氫氣為燃料的傳統燃料電池。如圖是目前研究較多的一類固體氧化物燃料電池工作原理示意圖。

B極為電池______極，B極的電極反應式為_________________________________。

（3）參考合成反應CO(g)+2H2(g) CH3OH(g)的平衡常數，回答下列問題：

溫度/℃	0	50	100	200	300	400
平衡常數	667	100	13	1.9×10-2	2.4×10-4	1×10-5

①該反應正反應是 ___________（填“放熱”或“吸熱”）反應；

②在T℃時，1L密閉容器中，投入0.1molCO和0.2molH2，達到平衡時，CO轉化率為50%，則T=__________℃。

（4）CH3OH也可由CO2和H2合成。在體積為1L的密閉容器中，充入lmolCO2和3molH2，一定條件下反應：CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g) ΔH= — 49.0kJ/mol，測得CO2和CH3OH(g)濃度隨時間變化如圖所示。

①該反應的平衡常數表達式為K=_______；從反應開始到10min，v(H2)=_____mol/(L·min)；

②下列情況能說明該反應一定達到平衡狀態的是___________(填字母)

A．v(CO2)消耗 = v(CH3OH)生成

B．氣體的密度不再隨時間改變

C．CO2和CH3OH的濃度之比不再隨時間改變

D．氣體的平均相對分子質量不再隨時間改變

③為了加快化學反應速率且使體系中氣體的物質的量增大，只改變下列某一條件，可采取的措施有__ (填字母)

A．升高溫度 B．縮小容器體積

C．再充入CO2氣體 D．使用合適的催化劑

④相同溫度下，在另一個容積為1 L的密閉容器中充入2mol CH3OH(g)和2molH2O(g)，達到平衡時CO2的濃度_______(填“>”、“ <”或“=”)0.25mol/L。

Answer 1

【答案】-99 負 CH3OH + 3O2—-6e—= CO2 + 2H2O 放熱 50 0.225 CD AC >

【解析】

（1）根據△H=反應物鍵能總和－生成物鍵能總和=(1076＋2×436－3×413－343－465)kJ·mol－1=－99kJ·mol－1；

（2）根據O2－移動方向，A極為正極，B極為負極，B電極反應式為CH3OH＋3O2－=6e－=CO2＋2H2O；

（3）①化學平衡只受溫度的影響，根據表格中的數據，隨著溫度的升高，化學平衡常數降低，說明升高溫度平衡向逆反應方向移動，即正反應為放熱反應；

② CO(g)+2H2(g) CH3OH(g)

起始： 0.1 0.2 0

變化： 0.05 0.1 0.05

平衡： 0.05 0.1 0.05 K==100，根據表格數據，此時溫度為50℃；

（4）①根據化學平衡常數的表達式，該反應的平衡常數K=；根據化學反應速率的數學表達式，v(H2)=0.75×3/(1×10)mol/(L·min)=0.225mol/(L·min)；

②A、消耗CO2，生成CH3OH，反應都是向正反應方向進行，v(CO2)消耗 = v(CH3OH)生成，不能說明反應達到平衡，故A錯誤；

B、組分都是氣體，則氣體質量保持不變，容器為恒容，氣體體積不變，則密度不再改變，不能說明反應達到平衡，故B錯誤；

C、CO2和CH3OH的濃度之比不再改變，說明反應達到平衡，故C正確；

D、組分都是氣體，氣體質量不變，向正反應方向進行，氣體物質的量減少，M=m/n，即當氣體平均摩爾質量不再改變，說明反應達到平衡，故D正確；

③氣體物質的量增大，說明反應向逆反應方向移動，A、升高溫度，加快反應反應速率，正反應為放熱反應，升高溫度，平衡向逆反應方向進行，故A正確；

B、縮小容器的體積，壓強增大，化學反應速率加快，壓強增大，平衡向正反應方向移動，故B錯誤；

C、再充入CO2，反應速率加快，因為充入的是氣體，因此氣體物質的量增大，故C正確；

D、使用催化劑，只加快反應速率，對化學平衡移動無影響，即氣體物質的量不變故，故D錯誤；

④根據①的平衡常數的表達式，得出此溫度下化學平衡常數K=16/3，

CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)

起始： 0 0 2 2

變化： x 3x x x

平衡： x 3x 2-x 2-x K==，解得x=0.4，CO2的物質的量濃度為0.4>0.25。