Question

【題目】煤氣化和液化是現代能源工業中重點考慮的能源綜合利用方案。最常見的氣化方法為用煤生產水煤氣，而當前比較流行的液化方法為用煤生產CH 3OH。已知制備甲醇的有關化學反應及平衡常數如下：①CO 2(g)＋3H 2(g)=CH 3OH(g)＋H 2 O(g) Δ H 1 =-90.8KJ/mol，②CO(g)＋H2O(g)=CO2(g)＋H2(g) Δ H 2 =-41.2kJ/mol,③CO(g)＋2H2(g)=CH3OH(g)Δ H 3 850 ℃平衡常數分別為k1=160， K2＝243，K3=160，甲醇可以與乙酸反應制香料CH 3OH（l）+CH3COOH（l） CH3COOCH3（l）+H2O（l）

（1）則反應Δ H 3＝ ___________ 制香料的K的表達式_____________

（2）由CO合成甲醇時，以下有關該反應的說法正確的是________(填序號)。

A．恒溫、恒容條件下，若容器內的壓強不發生變化，則可逆反應達到平衡

B．一定條件下，H 2 的消耗速率是CO的消耗速率的2倍時，可逆反應達到平衡

C．使用合適的催化劑能縮短達到平衡的時間并提高CH 3OH的產率

D．某溫度下，將2 mol CO和6 mol H 2 充入2 L密閉容器中，充分反應，達到平衡后，測得c (CO)＝0.2 mol·L － 1 ，則CO的轉化率為80%

（3）850 ℃時，在密閉容器中進行反應①開始時只加入CO2 、H 2，反應10min后測得各組分的濃度如下比較正逆反應的速率的大小：

v正 __________v逆(填“＞、＜或＝”)該時間段內反應速率v(H2)＝ __________

物質	H 2	CO 2	CH 3 OH	H 2 O
濃度(mol/L)	0.2	0.2	0.4	0.4

（4）在一定條件下3L恒容密閉容器中,充入一定量的H2和CO2僅發生反應①，實驗測得反應物在不同起始投入量下，反應體系中CO2的平衡轉化率與溫度的關系曲線，如圖1所示。

①H2和CO2的起始的投入量以A和B兩種方式投入

A：n(H2)=3mol，n(CO2)=1.5mol

B：n(H2)=3mol，n(CO2)=2mol，曲線I代表哪種投入方式____（用A、B表示）

②在溫度為500K的條件下，按照A方式充入3mol H2和1.5mol CO2，該反應10min時達到平衡，在此條件下，系統中CH3OH的濃度隨反應時間的變化趨勢如圖2所示，當反應時間達到3min時，迅速將體系溫度升至600K，請在圖2中畫出3～10min內容器中CH3OH濃度的變化趨勢曲線___。

Answer 1

【答案】 -132.0 kJ/mol K＝c(CH3COOCH3)c(H2O)/c（CH 3OH）c(CH3COOH) AD ＞ 0.12 molL-1min-1 A

【解析】（1）已知：①CO2(g)＋3H2(g)=CH3OH(g)＋H2O(g) Δ H1 =-90.8KJ/mol，②CO(g)＋H2O(g)=CO2(g)＋H2(g)　Δ H2 =-41.2kJ/mol，③CO(g)＋2H2(g)=CH3OH(g)Δ H3，依據蓋斯定律計算①+②得到CO(g)＋2H2(g)=CH3OH(g)（g）△H3=-132.0 kJ/mol。根據甲醇可以與乙酸反應制香料的反應CH3OH（l）+CH3COOH（l）→CH3COOCH3（l）+H2O（l）可知平衡常數K＝c(CH3COOCH3)c(H2O)/c（CH 3OH）c(CH3COOH)；（2）CO(g)＋2H2(g)=CH3OH(g)△H 3=-132.0 kJ/mol，反應是氣體體積減小的放熱反應，A．反應前后氣體體積變化，恒溫、恒容條件下，若容器內的壓強不發生變化，則可逆反應達到平衡，A正確；B．一定條件下，H2 的消耗速率是CO的消耗速率的2倍時，表明反應正向進行，不能說明可逆反應達到平衡，B錯誤；C．催化劑改變反應速率，不改變化學平衡，使用合適的催化劑能縮短達到平衡的時間，但不能提高CH3OH的產率，C錯誤；D．某溫度下，將2mol CO和6mol H2 充入2L密閉容器中，充分反應，達到平衡后，測得c (CO)=0.2molL-1，則CO的轉化率=(2mol0.2mol/L×2L)/2mol×100%=80%，D正確；答案選AD；（3）850℃平衡常數分別為k1=160，CO2(g)＋3H2(g)=CH3OH(g)＋H2O(g)，濃度商Qc=0.4×0.4/0.2×0.23=100＜K=160，說明反應正向進行，v正＞v逆。

CO2(g)＋3H2(g)=CH 3OH(g)＋H2O(g)

起始濃度（mol/L） 0.6 1.4 0 0

變化濃度（mol/L） 0.4 1.2 0.4 0.4

10min濃度（mol/L）0.2 0.2 0.4 0.4

該時間段內反應速率v（H2）=1.2mol/L/10min=0.12mol/（Lmin）；（4）①A：n（H2）=3mol，n（CO2）=1.5mol，B：n（H2）=3mol，n（CO2）=2mol，二者比較B相當于增大二氧化碳的量，轉化率小于A，所以曲線 I代表A的投料，答案選A；②在溫度為500K的條件下，充入3mol H2和1.5mol CO2，該反應10min時達到平衡，二氧化碳的轉化率是60%，則

CO2(g)＋3H2(g)=CH 3OH(g)＋H2O(g)

初始濃度（mol/L）0.5 1 0 0

變化濃度（mol/L）0.21 0.63 0.21 0.21

平衡濃度（mol/L）0.29 0.37 0.21 0.21

當反應時間達到3min時，迅速將體系溫度升至600K，則平衡正向進行，甲醇的濃度會增加，圖象為。