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(yè)廢氣CO2可制取甲醇，已知常溫常壓下下列反應(yīng)的能量關(guān)系如圖：

則CO2與H2反應(yīng)生成CH3OH的熱化學(xué)方程式為_____________________

（2）CH4和H2O(g)通過下列轉(zhuǎn)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(yīng)室(容積為100L)中，在一定條件下發(fā)生反應(yīng)I，CH4的轉(zhuǎn)化率與溫度、壓強(qiáng)的關(guān)系如下圖所示。

①已知溫度為T1℃時(shí)達(dá)到平衡所需的時(shí)間為5min，則用H2表示的平均反應(yīng)速率為________；

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

③若反應(yīng)Ⅱ在恒容密閉容器進(jìn)行，下列能判斷反應(yīng)Ⅱ達(dá)到平衡狀態(tài)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(zhì)的量不變

d．CH3OH、CO、H2的濃度都不再發(fā)生變化

④在某溫度下，將一定量的CO和H2投入10L的密閉容器中發(fā)生反應(yīng)II，5min時(shí)達(dá)到平衡，各物質(zhì)的物質(zhì)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(shí)只改變了某一條件，則所改變的條件是_____________；10min時(shí)測得各物質(zhì)濃度如表，10min時(shí)v正_______v逆(填“<”、“>”或“=”)。

Answer 1

【答案】（1）CO2(g)+3H2(g)=CH3OH(l)+H2O(l)△H=-50KJ/mol；（2）①0.003mol/(L·min)；②＜；該反應(yīng)為反應(yīng)前后氣體體積增大的反應(yīng)，溫度相同時(shí)，壓強(qiáng)越大，CH4的轉(zhuǎn)化率越小，壓強(qiáng)為P1的CH4的轉(zhuǎn)化率高，所以P1＜P2；③cd④加1 mol氫氣；＞。

【解析】

試題分析：（1）圖1中的熱化學(xué)方程式為①CO(g)+H2O(l)=CO2(g)+H2(g)△H=-41kJ/mol，

②CO(g)+2H2(g)=CH3OH(l)△H=-(510-419)kJ/mol=-91KJ/mol，

依據(jù)蓋斯定律②-①得：二氧化碳和氫氣制備甲醇的熱化學(xué)方程式：CO2(g)+3H2(g)=CH3OH(l)+H2O(l)△H=-50KJ/mol；

（2）①由圖知道平衡時(shí)甲烷的轉(zhuǎn)化率為0.5，所以△c(CH4)==0.005mol/L，所以v(CH4)==0.001mol/(L·min)，速率之比等于化學(xué)計(jì)量數(shù)之比，所以v(H2)=3v(CH4)=3×0.001mol/(L?min)=0.003mol/(L·min)，故答案為：0.003mol/(L·min)；

②溫度相同時(shí)，作垂直x軸的輔助線，壓強(qiáng)為P1的CH4的轉(zhuǎn)化率高，反應(yīng)為前后體積增大的反應(yīng)，壓強(qiáng)增大平衡向體積減小的方向移動(dòng)，即向逆反應(yīng)移動(dòng)，CH4的轉(zhuǎn)化率降低，所以P1＜P2，故答案為：＜；該反應(yīng)為反應(yīng)前后氣體體積增大的反應(yīng)，溫度相同時(shí)，壓強(qiáng)越大，CH4的轉(zhuǎn)化率越小，壓強(qiáng)為P1的CH4的轉(zhuǎn)化率高，所以P1＜P2；

③a、生成CH3OH的速率與消耗CO的速率都表示正反應(yīng)速率，不能判斷反應(yīng)Ⅱ達(dá)到平衡狀態(tài)，錯(cuò)誤；b、容器的體積不變，氣體的質(zhì)量不變，混合氣體的密度始終不變，不能判斷反應(yīng)Ⅱ達(dá)到平衡狀態(tài)，錯(cuò)誤；c、該反應(yīng)屬于氣體的物質(zhì)的量發(fā)生變化的反應(yīng)，混合氣體的總物質(zhì)的量不變，表示反應(yīng)達(dá)到了平衡狀態(tài)，正確；d、CH3OH、CO、H2的濃度都不再發(fā)生變化，表示反應(yīng)達(dá)到了平衡狀態(tài)，正確；故選cd；

④對比6min和8min時(shí)各物質(zhì)的濃度可知改變條件后反應(yīng)反應(yīng)向正方向進(jìn)行，按照轉(zhuǎn)化量之比等于計(jì)量系數(shù)之比△C(CO)：△C(H2)：△C(CH3OH)=0.01mol/L：0.02mol/L：0.01mol/L，所以8min后三種物質(zhì)的濃度應(yīng)為：(0.06-0.01)mol/L、(0.12-0.02)mol/L、(0.04+0.01)mol/L，而8min后氫氣的濃度為0.2mol/L，所以多加了0.1mol/L×10=1mol的氫氣；該溫度下，甲醇的平衡濃度是0.06mol/L，氫氣的平衡濃度是0.12mol/L，一氧化碳的平衡濃度是0.04mol/L所以平衡常數(shù)K==≈46.3，第10min時(shí)反應(yīng)的濃度商Qc====25＜K，反應(yīng)向正反應(yīng)方向進(jìn)行，v正＞v逆，故答案為：加1 mol氫氣；＞。