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。 下列兩個反應的能量關系如圖：

則 CO2與 H2 反應生成 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) 　△H>0

II． CO(g)+2H2(g) CH3OH(g) 　　△H<0

將 1.0 mol CH4和 3.0 mol H2O(g)通入反應室(容積為 100 L)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已知壓強 p1， 溫度為 100 ℃時反應 I 達到平衡所需的時間為 5 min，則用 H2表示的平均反應速率為______________；

②圖中的 p1_______p2(填“<”、 “>”或“=”)，判斷的理由是________________________。

③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_________(填字母)。

a.CH3OH 的生成速率與消耗 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

④ 在某溫度下，將一定量的CO和 H2投入10 L 的密閉容器中發生反應 II， 5 min 時達到平衡，各物質的物質的濃度(mol·L ﹣1)變化如下表所示：

若 5 min 時只改變了某一條件，則所改變的條件是_____________； 10 min 時測得各物質濃度如上表，此時 v正_______v逆(填“<”、 “>”或“=”)。

Answer 1

【答案】 CO2(g)+3H2(g)=CH3OH(l)+H2O(l) △H=-50kJ/mol 0.003mol/(L·min) < 該反應為反應前后氣體分子數增大的反應，溫度相同時，增大壓強，平衡向左移動，CH4的平衡轉化率越小 cd 向容器中充入1molH2 >

【解析】(1)根據能量變化圖象，可寫出反應的熱化學方程式為①CO(g)+H2O(l)===CO2(g)+H2(g) △H1= -41KJ/mol，②CO(g)+2H2(g) === CH3OH(l) △H2=419KJ/mol-510KJ/mol= -91KJ/mol，由蓋斯定律②-①即得CO2(g)+3H2(g) === CH3OH(l)+H2O(l) △H=△H2-△H1= -50KJ/mol；

(2)①由圖象可知在壓強p1，溫度為100 ℃時，反應I 達到平衡CH4 的轉化率為50%，則生成H2的物質的量為1.0 mol×50%×3=1.5mol，則用H2表示的平均反應速率為= =0.003 mol/(L·min)；

②在同一溫度下，p1時CH4的平衡轉化率大于p2時的，結合反應I是一個氣體體積增大的反應，所以減小壓強，可使平衡正向移動，增大CH4的平衡轉化率，因此可推知p1<p2；

③a、在反應開始進行后的任何時間段內，CH3OH的生成速率與消耗CO的速率都是相等的，所以a錯誤；b、由于容器體積不變，所以容器內混合氣體的密度始終不變，故b錯誤；c、由于反應前后氣體總物質的量減小，所以當混合氣體的總物質的量不變時，說明反應已達平衡，故c正確；d、CH3OH、CO、H2的濃度都不再發生變化，說明反應已達平衡，故d正確。本題正確答案為cd。

④已知表中數據，從5 min到10 min，CO的濃度減小了0.01mol/L，CH3OH的濃度增大了0.01mol/L，說明平衡正向移動，按照反應系數之間的關系，反應物H2的濃度應減小0.02mol/L，即為0.10mol/L，可實際上H2的濃度為0.20mol/L，即增大了0.1mol/L，說明5 min時改變的條件是向容器中充入了1mol的H2；由于增大了反應物的濃度，使平衡正向移動，則v正>v逆。