Question

甲醇可作為燃料電池的原料。通過下列反應可以制備甲醇：CO ( g ) + 2H₂ ( g ) CH₃OH ( g ) △H＝-90.8 kJ·mol^－1 在一容積可變的密閉容器中充入10 mol CO 和20 molH₂，CO 的平衡轉化率隨溫度（T）、壓強（P）的變化如圖所示，當達到平衡狀態A 時，容器的體積為20 L。

（1）該反應的化學平衡常數表達式為     。
（2）如反應開始時仍充入10mol CO 和20mol H₂，則在平衡狀態B時容器的體積V（B）=        L。
（3）關于反應CO(g)+2H₂(g)CH₃OH(g)在化學平衡狀態時的描述正確的是  （填字母）。
A．CO的含量保持不變       B．容器中CH₃OH濃度與CO濃度相等
C．2V_正（CH₃OH）=V_正（H₂）D．容器中混合氣體的平均相對分子質量保持不變
（4）CO(g)+2H₂(g)CH₃OH(g)，按照相同的物質的量 投料，測得CO在不同溫度下的平衡轉化率與壓強的關系如圖所示。下列說法正確的是     。
                    
A．溫度：T₁ < T₂ <T₃
B．正反應速率：ν（a）>ν（c）； ν（b）>ν（d）
C．平衡常數： K(a) ="K(c)" ； K(b) >K(d)
D．平均摩爾質量：M(a)<M(c)； M(b)>M(d)
（5）已知CO₂（g）+H₂（g）CO（g）+H₂O（g） △H=" +" 41.3 kJ·mol^－1，試寫出由
CO₂和H₂制取甲醇的熱化學方程式     。

Answer 1

（1）K=C(CH₃OH)/C²(H₂)?C(CO)    （2）4 （3）A C D （4） A
（5）CO₂(g) +3H₂(g) CH₃OH(g) +H₂O(g) △H=-49.5 kJ·mol^－1

試題分析：（1）根據平衡常數的定義可得到該反應的化學平衡常數的表達式為K==C(CH₃OH)/C²(H₂)?C(CO)。（2）若密閉容器中充入10 mol CO 和20 molH₂，當達到平衡狀態A 時，CO的轉化率為0.5，此時各物質的物質的量為CO為5mol；H₂為10mol; CH₃OH為5mol。n(氣體)=20mol,容器的體積為20 L。如反應開始時仍充入10mol CO 和20mol H₂，在達到平衡狀態B時CO的轉化率為0.8，則此時各物質的物質的量為CO為2mol,H₂為4mol, CH₃OH為8mol。n(氣體)=14mol。由于A、B是在相同溫度下程度的。所以化學平衡常數不變設第二次達到平衡時容器的體積為V。則，解得v=4（L）。(3) A．CO的含量保持不變，則各組分的物質的量，總物質的量不變。可逆反應達到平衡狀態。正確。B.容器中CH₃OH濃度與CO濃度相等，這只是一個很特殊的情況，這時反應可能達到平衡，也可能未達到平衡狀態。錯誤。C．在任何時刻2V_正（CH₃OH）=V_正（H₂），若2V_正（CH₃OH）=V_逆（H₂），則V_正（H₂）=V_逆（H₂），反應達到平衡。正確。D．由于該反應是個反應前后氣體體積不等的反應，如果反應未達到平衡，則氣體的物質的量就會發生改變，混合氣體的平均相對分子質量也就會隨著改變。若容器中混合氣體的平均相對分子質量保持不變，則氣體的物質的量不變。故反應達到平衡狀態。正確。（4）A.由于該反應的正反應是放熱反應，所以在其它條件不變的情況下，升高溫度，平衡向吸熱反應方向移動，也就是向逆反應方向移動，這時反應物的轉化率降低。因為CO的平衡轉化率a>b>c，所以溫度：T₁ < T₂ <T₃。正確。B.在其它條件不變時，升高溫度，化學反應速率加快。由于溫度T₁ < T₂ <T₃，所以速率：ν（c）>ν（a）；在其它條件相同時，增大壓強，化學反應速率加快。由于壓強b>d，所以速率：ν（b）>ν（d）.錯誤。C.化學 平衡常數只與溫度有關，與其它條件無關。由于溫度T₁ < T₂ <T₃。升高溫度，平衡向逆反應方向移動，K減小。K(a) >K(c) ； K(b) =K(d)。錯誤。D．升高溫度，平衡向逆反應方向移動，平衡時氣體的物質的量增大，氣體的平均摩爾質量減小。由于溫度T₁ < T₃，所以平衡時n(c)總> n(a)總,M(a)>M(c)；在相同的溫度下，增大壓強，平衡正向移動，平衡時氣體的物質的量減小。所以平衡時n(d)總> n(b)總,M(b)>M(d).錯誤。（5）將CO₂（g）+H₂（g）CO（g）+H₂O（g） △H=" +" 41.3 kJ/mol和 CO ( g ) + 2H₂ ( g ) CH₃OH ( g ) △H＝-90.8 kJ/mol相加可得CO₂和H₂制取甲醇的熱化學方程式：CO₂(g) +3H₂(g) CH₃OH(g) +H₂O(g) △H=-49.5 kJ/mol.