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CH3OH。已知制備甲醇的有關化學反應及平衡常數如下：

①CO2(g)＋3H2(g) CH3OH(g)＋H2O(g) ΔH1＝－90.8 kJ·mol－1

②CO(g)＋H2O(g) CO2(g)＋H2(g) ΔH2＝－41.2 kJ·mol－1

③CO(g)＋2H2(g) CH3OH(g)　ΔH3

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CH3OH(l)＋CH3COOH(l) CH3COOCH3(l)＋H2O(l)。

(1)則反應ΔH3＝____________，制香料反應的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________(填字母)。

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，H2 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CH3OH 的產率

D．某溫度下，將2 mol CO和6 mol H2 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、H2，反應10 min后測得各組分的濃度如下表。比較正、逆反應的速率的大小：v正________(填“＞”“＜”或“＝”)v逆，該時間段內反應速率v(H2)＝____________________________________________________。

物質	H2	CO2	CH3OH	H2O
濃度/mol·L－1	0.2	0.2	0.4	0.4

(4)在一定條件下3 L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)＝3 mol，n(CO2)＝1.5 mol，

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

②在溫度為500 K的條件下，按照A方式充入3 mol H2和1.5 mol CO2，該反應10 min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3 min時，迅速將體系溫度升至600 K，請在圖2中畫出3～10 min內容器中CH3OH濃度的變化趨勢曲線。_____________________

Answer 1

【答案】 －132.0 kJ·mol－1 AD ＞ 0.12 mol·L－1·min－1 A

【解析】(1)①CO2(g)+3H2(g)═CH3OH(g)+H2 O(g)△H 1=-90.8KJ/mol，②CO(g)+H2O(g)═CO2(g)+H2(g)△H 2=-41.2kJ/mol，③CO(g)+2H2(g)═CH3OH(g)△H 3，依據蓋斯定律計算①+②得到CO(g)+2H2(g)═CH3OH(g)△H 3=-132.0 kJ/mol，甲醇可以與乙酸反應制香料CH3OH(l)+CH3COOH(l)→CH3COOCH3(l)+H2O(l)平衡常數K=，故答案為：-132.0 kJ/mol； ；

(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，故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，故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，故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=×100%=80%，故D正確；故答案為：AD；

(3)850℃平衡常數分別為k1=160，CO2(g)+3H2(g)═CH3OH(g)+H2 O(g)，濃度商Qc==100＜K=160，說明反應正向進行，v正＞v逆 ，

CO2(g)+3H2(g) CH3OH(g)+H2O(g)，

起始量(mol/L) 0.6 1.4 0 0

變化量(mol/L) 0.4 1.2 0.40.4

10min量(mol/L)0.2 0.2 0.4 0.4

該時間段內反應速率v(H2)= =0.12mol/(Lmin)，故答案為：＞；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，故答案為：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%，

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

初始濃度：0.5100

變化濃度：0.210.630.210.21

平衡濃度：0.290.370.210.21

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，，故答案為：。