Question

【題目】能源問題是人類社會面臨的重大課題，甲醇是未來重要的綠色能源之一。

（1）利用工業廢氣CO2可制取甲醇，己知常溫常壓下下列反應的能量關系如圖：

則CO2與H2反應生成液態CH3OH 的熱化學方程式為_______________________。

（2）CH4 和H2O(g)通過下列轉化也可以制得CH3OH:

I.CH4(g)+H2O(g)CO(g)+3H2(g)； △H1>0

II.CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)； △H2<0

將1.0molCH4 和3.0molH2O (g)通入反應室（容積為100L）中，在一定條件下發生反應I，CH4的轉化率與溫度、壓強的關系如下圖所示。

① 圖中的P1___P2（填“<”、“>”或“=”) ，判斷的理由是________________。

② 若反應II在恒容密閉容器進行，下列能判斷反應II達到平衡狀態的是______（填序號）。

A．生成CH3OH 的速率與消耗CO 的速率相等 B．混合氣體的密度不變

C．混合氣體的總物質的量不變 D．CH3OH、CO、H2的濃度都不再發生變化

③在某溫度下，將一定量的CO和H2投入10L的密閉容器中發生反應II，5min時達到平衡，各物質的物質的濃度（mol· L-1）變化如下表所示：

	2min	5min	10min
CO	0.07	0.06	0.05
H2	0.14	0.12	0.20
CH3OH	0.03	0.04	0.05

若5min時只改變了某一條件，則所改變的條件是_______________。

Answer 1

【答案】(11分）(l)CO2(g)+3H2(g)=CH30H(l)+H2O(l） △H=-50kJ/mo1；(2）①＜；該反應為反應前后氣體體積增大的反應，溫度相同時，壓強越大，CH4的轉化率越小，壓強為P1的CH4的轉化率高，所以P1<P2( 2 分）；② c、d；③ 加了lmol氫氣。

【解析】

試題分析：（1）圖1中的熱化學方程式為①CO(g)+H2O(l)=CO2(g)+H2(g) △H=-41kJ/mol，②CO(g)+ 2H2(g)=CH3 OH(l) △H= -（510-419）kJ/mol=-91KJ/mol，依據蓋斯定律②-①得：二氧化碳和氫氣制備甲醇的熱化學方程式：CO2(g)+3H2(g)=CH30H(l)+H2O(l） △H=-50kJ/mo1；（2）將1.0mol CH4和2.0mol H2O(g)通入容積固定為100L的反應室，在一定條件下發生反應I，由圖象可知T1℃甲烷轉化率為50%，故參加反應的甲烷為1mol×50%=0.5mol，則：

CH4(g)+H2O(g) CO(g)+3H2(g)； △H1>0

起始量（mol）：1.0 3.0 0 0

變化量（mol）：0.5 0.5 0.5 1.5

平衡量（mol）：0.5 2.5 0.5 1.5

①該反應正方向為體積增大的方向，相同溫度下，增大壓強，甲烷的轉化率減小，由圖可知，相同溫度下，P2的轉化率比P1小，說明P1＜P2；原因是該反應正方向為體積增大的方向，相同溫度下，壓強越大甲烷的轉化率減小；② a．生成CH3OH的速率與消耗CO的速率均為正反應速率，不能判斷平衡狀態，錯誤；b．混合氣體的體積始終保持不變，質量守恒，所以混合氣體的密度始終不變，所以不能判斷平衡狀態，錯誤；c．該反應為氣體的物質的量減少的反應，混合氣體的總物質的量不變，說明反應達到平衡狀態，正確；d．CH3OH、CO、H2的濃度都不再發生變化，說明反應達到平衡狀態，正確；③反應達到平衡時，根據反應方程式知各物理量之間的關系式知，c(CO)=0.06mol/L，c(H2) =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，但氫氣濃度增大，所以改變的物理量是增大了氫氣的濃度，氫氣濃度增大了0.2mol/L-0.12mol/L+0.02mol/L=0.1mol/L，則加入的氫氣的物質的量為10L×0.1mol/L=1mol；即5min時只改變了某一條件，所改變的條件是增加1molH2。