Question

【題目】甲醇是重要的化工原料，又可稱為燃料。工業上利用合成氣（主要成分為CO、CO2和H2）在催化劑的作用下合成甲醇，發生的主反應如下：

①CO(g)+2H2(g)CH3OH(g) △H

②CO2(g)+3H2(g)CH3OH（g）+H2O(g) △H＝－58 kJ/mol

③CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g) △H＝＋41 kJ/mol

回答下列問題：

（1）已知反應①中的相關的化學鍵鍵能數據如下：

化學鍵	H－H	C－O	C O	H－O	C－H
E/（kJ.mol-1）	436	343	1076	465	x

則x＝_________。

（2）若T℃時將6molCO2和8molH2充入2L密閉容器中發生反應②，測得H2的物質的量隨時間變化如圖中狀態Ⅰ(圖中實線)所示。圖中數據A(1，6)代表在1min時H2的物質的量是6mol。

①T℃時狀態Ⅰ條件下，0～3min內CH3OH的平均反應速率v＝_____________mol/(L·min)，平衡常數K＝____；

②其他條件不變時，僅改變某一條件后測得H2的物質的量隨時間變化如圖中狀態Ⅱ所示，則改變的條件可能是_______；

③其他條件不變，僅改變溫度時，測得H2的物質的量隨時間變化如圖中狀態Ⅲ所示，則狀態Ⅲ對應的溫度________(填“＞”“＜”或“=”)T℃；

④若狀態Ⅱ的平衡常數為K2，狀態Ⅲ的平衡常數為K3，則K2____(填“＞”“＜”或“＝”)K3；

⑤一定溫度下，此反應在恒容容器中進行，能判斷該反應達到化學平衡狀態依據的是_____。

a．容器中壓強不變 b．甲醇和水蒸氣的體積比保持不變

c．v正（H2）＝3v逆（CH3OH） d．2個C＝O斷裂的同時有6個H—H斷裂

Answer 1

【答案】 413 0.28 0.5 增大壓強 ＞ ＞ a c

【解析】試題分析：（1）根據蓋斯定律：反應③+反應①=反應②，故△H=△H2-△H3=-58kJmol-1-(+41kJ．mol-1)=-99kJ．mol-1，反應熱=反應物總鍵能-生成物總鍵能，故

△H1=1076kJ．mol-1+2×436kJ．mol-1-(3×x+343+465)kJ．mol-1=-99kJ．mol-1，解得：x=413；

（2）①有圖表可知，3min時H2的物質的量為3mol，則H2變化物質的量為5mol，CH3OH的變化物質的量為，0~3min內CH3OH的平均反應速率v==0.28mol/(L·min)；8min后反應達到平衡狀態，此時H2的物質的量為2mol，變化物質的量為6mol，此時平衡狀態中CO2的物質的量為4mol，CH3OH的物質的量為2mol，H2O(g)的物質的量為2mol，此時平衡常數K==0.5；

②狀態Ⅱ反應速率增大，轉化的氫氣的物質的量多，因增大壓強平衡正向移動，故應是增大壓強；

③狀態Ⅲ反應速率增大，但轉化的氫氣的物質的量少，應是升高溫度，因該反應放熱，升高溫度平衡逆向移動，不利于氫氣的轉化，故狀態Ⅲ對應的溫度＞T℃；

④狀態Ⅱ與狀態I相同溫度下發生的反應；狀態Ⅲ是升高溫度，溫度升高平衡逆向移動，平衡常數減小，則K2＞K3；

（5）a．因氣態反應物與氣態生成物的系數和不等，則容器中壓強不變時，是平衡狀態，故a正確；b．隨著反應的進行，甲醇和水蒸汽的體積比可能始終保持不變，則不一定是平衡狀態，故b錯誤；c．當v正(H2)=3v逆CH3OH) 時，反應達到平衡狀態，故b正確；d．C=O斷裂和H—H斷裂都說明反應正向進行，不能說明是平衡狀態，故d錯誤；答案為ac。