Question

【題目】H2、CO、CH4、CH3OH等都是重要的能源，也是重要為化工原料。

（1）已知25℃，1.01×105Pa時，,8.0DgCH4完全燃燒生成二氧化碳氣體和液態水放出444.8kJ熱量。寫山該反應的熱化學反應方程式：____________________。

（2）為倡導“節能減排”和“低碳經濟”，降低大氣中CO2的含量及有效地開發利用CO2，工業上可以用CO2來生產燃料甲醇。

在體積為2L的密閉容器中，充入lmolCO2和3molH2，一定條件下發生反應：CO2(g)+3H2(g) CH3OH(g)+H2O(g)。經測得CO2和CH3OH(g)的物質的量隨時間變化如圖所示。

①從反或開始到平衡，CO2的平均反應速率v(CO2)=____。

②達到平衡時，H2的轉化率為__________。

③下列措施不能提高反應速率的是__________。

A.升高溫度 B.加入催化劑 C.增大壓強 D.及時分離出CH3OH

（3）工業上也用CO和H2為原料制備CH3OH，反應方程式為：CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)，在一體積固定的密閉容器中投入一定量的CO和H2氣體進行上述反應。下列敘述中能說明上述反應達到平衡狀態的是______。

A.反應中CO與CH3OH的物質的量之比為1:1

B.混合氣體的壓強不隨時間的變化而變化

C.單位時間內每消耗1molCO，同時生成1mclCH3OH

D.CH3OH的質量分數在混合氣體中保持不變

E.混合氣體的密度保持不變

Answer 1

【答案】 CH4(g)+2O2(g)=CO2(g)+2H2O(1)△H=-889.6kJ/mol 0.0375mol/(L·min) 75% D BD

【解析】(1)0.5mol甲烷完全燃燒放熱444.8kJ，1mol甲烷完全燃燒放熱889.6kJ，據此寫出甲烷完全燃燒的熱化學程式。

（2）利用三段式解題法進行相關計算，求出反應中變化量、平衡量；根據v=c/t計算，根據氫氣的平衡濃度判斷轉化的物質的量,進而可計算轉化率。

（3）當反應達到平衡狀態時,正、逆反應速率相等(同種物質),各物質的濃度、含量不再改變,以及由此衍生的一些物理量也不變，以此進行判斷。

（1）8.0gCH4的量為0.5mol，完全燃燒生成二氧化碳氣體和液態水放出444.8kJ熱量，1molCH4完全燃燒生成二氧化碳氣體和液態水放出889.6kJ熱量，熱化學方程式為：CH4(g)+2O2(g)=CO2(g)+2H2O(1)△H=-889.6kJ/mol；正確答案：CH4(g)+2O2(g)=CO2(g)+2H2O(1)△H=-889.6kJ/mol。

（2）利用三段式解題法計算:

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

起始量 1 3 0 0

變化量 0.75 2.25 0.75 0.75

平衡量 0.25 0.75 0.75 0.75

①反應達平衡，CO2的平均反應速率v(CO2)=0.75/2×10= 0.0375mol/(L·min)；正確答案：0.0375mol/(L·min)。

②達到平衡時，H2的轉化率為2.25/3×100%=75%；正確答案：75%。

③A.升高溫度，反應速率加快，錯誤；B.加入催化劑，更大程度地加快反應速率，錯誤；C.增大壓強，縮小體積，增大物質濃度，反應速率加快，錯誤；D.及時分離出CH3OH，減小生成物濃度，反應速率減慢，正確；正確選項D。

（3）A.平衡時反應混合物各組分的物質的量不變,但各組分的物質的量不一定相等,A錯誤；B.因為該反應為氣體總量減小的反應，隨反應進行混合氣體總物質的量發生變化,混合氣體的壓強不隨時間的變化而變化,說明混合氣體總的物質的量再不變,說明反應到達平衡,B正確；C.單位時間內消耗1molCO,同時生成1molCH3OH,都表示正反應速率,反應始終按此關系進行,不能說明到達平衡, C錯誤；D.CH3OH的質量分數在混合氣體中保持不變，說明可逆反應到達最大限度，即平衡狀態, D正確；E.反應前后氣體總質量不變，容器的體積不變，混合氣體的密度始終為定值，不能判定反應達到平衡狀態，E錯誤；正確選項BD。