Question

【題目】甲醇是一種新型燃料，工業上一般以CO和H2為原料合成甲醇，該反應的熱化學方程式為：CO(g)+2H2(g)CH3OH(g) △H1=-116kJ/mol

(1)已知：CO(g)+O2(g)=CO2 (g) △H2=-283kJ/mol

H2(g) +O2(g)=H2O (g) △H1=-242kJ/mol

則表示1mol氣態甲醇完全燃燒生成CO2和水蒸氣時的熱化學方程式：________________

(2)在容積為1L的恒容容器中，分別研究在230℃、250℃、270℃三種溫度下合成甲醇的規律。如圖是上述三種溫度下不同的H2和CO的起始組成比（起始時CO的物質的量均為1mol）與CO平衡轉化率的關系。

請回答:

①在上述三種溫度中，曲線Z對應的溫度是_________

②利用圖中a點對應的數據，計算出曲線Z在對應溫度下CO(g)+2H2(g)=CH3OH(g)的平衡常數 K=_________。

③下列既能提高上述反應中 CO 的平衡轉化率，又能增大反應速率的是____（填標號）。

a.增大壓強 b.降低溫度 c.增大H2濃度 d.加高效催化劑

④若上述反應在某恒溫恒容容器中發生，能說明該反應達到平衡的是____（填標號）。

a.氣體平均相對分子質量保持不變 b.△H1保持不變

c.保持不變 d.氣體密度保持不變

(3)在某溫度下，將一定量的CO和H2投入10L的密閉容器中，5min時達到平衡，各物質的物質的濃度(mol/L)變化如下表所示：

	0min	5min	10min
CO	0.1		0.05
H2	0.2		0.2
CH3OH	0	0.04	0.05

若5min～10min只改變了某一條件，所改變的條件是______________。

Answer 1

【答案】CH3OH(g)+O2(g)=CO2(g)+2H2O(g) △H1=-651kJ/mol 270℃ 4 ac ac 增加了H2的物質的量(或增大了H2的濃度)

【解析】

(1)根據蓋斯定律，將已知的熱化學方程式加減，可得待求的熱化學方程式；

(2)①合成甲醇的反應是放熱反應，根據溫度對平衡移動的影響分析判斷反應溫度；

②根據平衡常數的含義，結合a點時CO的轉化率計算平衡常數；

③根據外界條件對化學反應速率和化學平衡移動的影響分析判斷；

④根據化學反應特點，結合反應達到平衡時，任何物質的濃度不變，物質的量不變等分析判斷；

(3)根據5min和10min時各物質濃度的變化來確定改變條件。

(1)①CO(g)+2H2(g)CH3OH(g) △H1=-116kJ/mol；

②CO(g)+O2(g)=CO2 (g) △H2=-283kJ/mol

③H2(g) +O2(g)=H2O(g) △H1=-242kJ/mol

根據蓋斯定律，將①-②-③×2，整理可得CH3OH(g)+O2(g)=CO2(g)+2H2O(g) △H1=-651kJ/mol；

(2)①CO(g)+2H2(g)CH3OH(g) △H1=-116kJ/mol的正反應是放熱反應，在n(H2)：n(CO)不變時，升高溫度，化學平衡向吸熱的逆反應方向移動，使CO的轉化率降低。根據圖示可知Z對應的CO轉化率最低，說明反應溫度最高，為270℃；

②a點時，CO轉化率50%，反應消耗了1mol×50%=0.5molCO，消耗氫氣1mol，剩余0.5molCO，n(H2)=1.5mol-1mol=0.5mol，同時生成0.5mol甲醇。由于容器的容積是1L，所以a點各組分的濃度是：c(CH3OH)=0.5mol/L，c(CO)=0.5mol/L，c(H2)=0.5mol/L，則該溫度下是化學平衡常數K==4L2mol-2；

③a.反應混合物都是氣體，增大壓強，物質的濃度增大，化學反應速率加快；由于該反應的正反應是氣體體積減小的反應，所以增大壓強，化學平衡正向移動，CO轉化率提高，a符合題意；

b.降低溫度化學反應速率會降低，b不符合題意；

c.增大H2濃度，化學反應速率加快，反應物有兩種，所以增大反應物H2的濃度，化學平衡正向移動，CO轉化率增大，c符合題意；

d.加高效催化劑，只能加快反應速率，而不能是平衡發生移動，因此CO的轉化率不變，d不符合題意；

故合理選項是ac；

④a.該反應是反應氣體氣體體積改變的反應，氣體的質量不變，若達到平衡，氣體的物質的量不變，氣體平均相對分子質量保持不變，故可以據此判斷反應處于平衡狀態，a正確；

b.反應物△H1始終保持不變，與反應程度無關，不能據此判斷反應是否處于平衡狀態，b錯誤；

c.若反應達到平衡，則反應體系中的任何物質的濃度不變，則保持不變，故可以據此判斷反應處于平衡狀態，c正確；

d.反應混合物都是氣體，氣體的質量不變，容器的容積不變，因此任何情況下氣體的密度都不變，所以不能根據氣體密度保持不變判斷反應是否處于平衡狀態，d錯誤；

故合理選項是ac；

(3)反應達到平衡時，根據反應方程式可知各物理量之間的關系式可知，在5min時，c(CO)=0.1mol/L-0.04mol/L=0.06mol/L，c(H2)=0.2mol/L-0.08mol/L=0.12mol/L，10min時，c(CO)減小，c(H2)增大，c(CH3OH)增大，則平衡向正反應方向移動，而氫氣濃度卻增大，所以改變的物理量是增加氫氣的物質的量或增加氫氣的濃度。