Question

【題目】研究CO和CO2的應(yīng)用對(duì)構(gòu)建低碳、環(huán)保的生態(tài)文明型社會(huì)具有重要的意義。以CO和H2為原料可以制取甲醇。已知部分反應(yīng)的熱化學(xué)方程式如下：

反應(yīng)Ⅰ CO(g)＋2H2(g)CH3OH(g) ΔH＝－99 kJ·mol－1

反應(yīng)Ⅱ CO2(g)＋H2(g)CO(g)＋H2O(l) ΔH＝－3 kJ·mol－1

反應(yīng)Ⅲ H2O(g)＝H2O(l) ΔH＝－44 kJ·mol－1

（1）反應(yīng)CO2(g)＋3H2(g)CH3OH(g)＋H2O(g)的ΔH＝____kJ·mol－1。

（2）向T1℃的恒容密閉容器中充入一定量的CO和H2，發(fā)生反應(yīng)Ⅰ，保持溫度不變，測(cè)得CH3OH的物質(zhì)的量隨時(shí)間的變化關(guān)系如圖所示。

①下列條件可以判定反應(yīng)到達(dá)平衡狀態(tài)的是____（填字母）。

A．2v正(H2)＝v逆(CH3OH)

B．容器內(nèi)氣體的密度不變

C．容器內(nèi)壓強(qiáng)不變

D．反應(yīng)不再釋放熱量

②在圖中作出當(dāng)其他條件不變，溫度改為T2℃（T1＜T2）時(shí)CH3OH的物質(zhì)的量隨時(shí)間的變化關(guān)系圖。_____

（3）體積可變的密閉容器中，起始n(H2)/n(CO)＝2.60時(shí)，反應(yīng)Ⅰ體系中CO的平衡轉(zhuǎn)化率(α)與溫度和壓強(qiáng)的關(guān)系如圖所示。

①α(CO)隨溫度升高而減小的原因是____。

②圖中壓強(qiáng)p1、p2、p3中最大的是____。

③若起始CO、H2、CH3OH的物質(zhì)的量分別為0 mol、1.2 mol、2 mol，保持溫度為530K、壓強(qiáng)為p2，反應(yīng)達(dá)到平衡時(shí)，CH3OH的轉(zhuǎn)化率是____。

（4）以二氧化鈦表面覆蓋Cu2Al2O4為催化劑，可以將CO2和CH4直接轉(zhuǎn)化為乙酸。在不同溫度下乙酸的生成速率如圖所示。250~300℃時(shí)，溫度升高而乙酸的生成速率降低的原因是____。

Answer 1

【答案】－58 CD 正反應(yīng)為放熱反應(yīng)，升高溫度，平衡向逆反應(yīng)方向移動(dòng)，CO的轉(zhuǎn)化率減小 p1 25% 催化劑失去活性（或催化劑活性降低）

【解析】

（1）根據(jù)蓋斯定律分析計(jì)算；

（2）①可逆反應(yīng)達(dá)到平衡時(shí)，同種物質(zhì)的正逆反應(yīng)速率相等且保持不變，各組分的濃度、含量保持不變，由此衍生的其它一些量不變，判斷平衡的物理量應(yīng)隨著反應(yīng)進(jìn)行發(fā)生變化，該物理量由變化到不再變化說明達(dá)到平衡；

②在圖中做出當(dāng)其他條件不變，溫度改為T2℃（T1＜T2）時(shí)，升溫平衡逆向進(jìn)行，甲醇的物質(zhì)的量減少，達(dá)到平衡的時(shí)間縮短，據(jù)此畫出隨時(shí)間的變化關(guān)系圖；

（3）①α(CO)隨溫度升高而減小的原因是反應(yīng)為放熱反應(yīng)，升溫平衡逆向進(jìn)行；

②反應(yīng)Ⅰ是氣體體積減小的放熱反應(yīng)，溫度一定，壓強(qiáng)越大，平衡正向進(jìn)行；

③若起始一氧化碳和氫氣和甲醇的物質(zhì)的量分別為0 mol、1.2 mol、2 mol，相當(dāng)于加入2mol一氧化碳和5.2mol氫氣，起始n(H2)/n(CO)＝2.60，根據(jù)圖像可知，壓強(qiáng)為p2時(shí)一氧化碳的轉(zhuǎn)化率為75%，平衡時(shí)剩余的一氧化碳為2mol×（1-75%）=0.5mol，兩個(gè)平衡互為等效平衡，達(dá)到平衡時(shí)各組分的濃度不變，則原平衡達(dá)到平衡狀態(tài)時(shí)一氧化碳的物質(zhì)的量為0.5mol，根據(jù)反應(yīng)可知，轉(zhuǎn)化的甲醇的物質(zhì)的量為0.5mol，據(jù)此計(jì)算甲醇的轉(zhuǎn)化率。

（4）該反應(yīng)中使用了催化劑，結(jié)合催化劑的催化活性受溫度影響分析。

（1）根據(jù)蓋斯定律分析計(jì)算，反應(yīng)Ⅰ CO(g)＋2H2(g)CH3OH(g) ΔH＝－99 kJ·mol－1，反應(yīng)Ⅱ CO2(g)＋H2(g)CO(g)＋H2O(l) ΔH＝－3 kJ·mol－1，反應(yīng)Ⅲ H2O(g)＝H2O(l) ΔH＝－44 kJ·mol－1，Ⅰ-Ⅱ-Ⅲ得熱化學(xué)方程式為：CO2(g)＋3H2(g)CH3OH(g)＋H2O(g)的ΔH＝-99+3+44=-58kJ·mol－1；

（2）①A．2v正(H2)＝v逆(CH3OH)不能說明甲醇的正逆反應(yīng)速率相同，故錯(cuò)誤；B．反應(yīng)前后質(zhì)量和體積不變，容器內(nèi)氣體的密度始終不變，不能說明反應(yīng)到平衡，故錯(cuò)誤；C．反應(yīng)前后氣體物質(zhì)的量變化，說明容器內(nèi)壓強(qiáng)不變能說明反應(yīng)到平衡。故正確；D．反應(yīng)不再釋放熱量說明正逆反應(yīng)速率相等，反應(yīng)到平衡，故正確。故選CD。

②在圖中做出當(dāng)其他條件不變，溫度改為T2℃（T1＜T2）時(shí)，升溫平衡逆向進(jìn)行，甲醇的物質(zhì)的量減少，達(dá)到平衡的時(shí)間縮短，據(jù)此畫出隨時(shí)間的變化關(guān)系圖：；

（3）①α(CO)隨溫度升高而減小的原因是反應(yīng)為放熱反應(yīng)，升溫平衡逆向進(jìn)行；

②反應(yīng)Ⅰ是氣體體積減小的放熱反應(yīng)，溫度一定，壓強(qiáng)越大，平衡正向進(jìn)行，一氧化碳的轉(zhuǎn)化率增大，所以壓強(qiáng)大小關(guān)系為p1>p2>p3，壓強(qiáng)最大的是p1；

③若起始一氧化碳和氫氣和甲醇的物質(zhì)的量分別為0 mol、1.2 mol、2 mol，相當(dāng)于加入2mol一氧化碳和5.2mol氫氣，起始n(H2)/n(CO)＝2.60，根據(jù)圖像可知，壓強(qiáng)為p2時(shí)一氧化碳的轉(zhuǎn)化率為75%，平衡時(shí)剩余的一氧化碳為2mol×（1-75%）=0.5mol，兩個(gè)平衡互為等效平衡，達(dá)到平衡時(shí)各組分的濃度不變，則原平衡達(dá)到平衡狀態(tài)時(shí)一氧化碳的物質(zhì)的量為0.5mol，根據(jù)反應(yīng)CO(g)＋2H2(g)CH3OH(g)可知，轉(zhuǎn)化的甲醇的物質(zhì)的量為0.5mol，甲醇的轉(zhuǎn)化率為。

（4）該反應(yīng)中使用了催化劑，溫度超過250℃，催化劑的催化效率降低，所以溫度升高而乙酸的生成速率降低。