Question

【題目】在工業(yè)上常用CO和H2合成甲醇，反應方程式為：

CO（g）+2H2（g） CH3OH（g） △H = akJ/mol

已知：①CO（g）+1/2O2（g）= CO2（g） △H1=﹣283.0kJ/mol

②H2（g）+1/2O2（g）= H2O（g） △H2=﹣241.8kJ/mol

③CH3OH（g）+3/2O2（g）= CO2（g）+ 2H2O（g）△H3=﹣192.2kJ/mol

回答下列問題：

（1）a = _______

（2）能說明反應CO（g）+2H2（g） CH3OH（g）已達平衡狀態(tài)的是___（填字母）。

A．單位時間內生成1mol CH3OH（g）的同時消耗了1mol CO（g）

B．在恒溫恒容的容器中，混合氣體的密度保持不變

C．在絕熱恒容的容器中，反應的平衡常數不再變化

D．在恒溫恒壓的容器中，氣體的平均摩爾質量不再變化

（3）在T1℃時，體積為2L的恒容容器中充入物質的量之和為3mol的H2和CO，反應達到平衡時CH3OH的體積分數（V%）與的關系如圖1所示．

①當起始=2時，經過5min達到平衡，CO的轉化率為0.6，則0～5min內平均反應速率v（H2）=_____________。若此時再向容器中加入CO（g）和CH3OH（g）各0.4mol，達新平衡時H2的轉化率將____________（選填“增大”、“減小”或“不變”）；

②當= 3.5時，達到平衡狀態(tài)后，CH3OH的體積分數可能是圖象中的_______點（選填“D”、“E”或“F”）。

（4）CO和H2來自于天然氣。已知CO2（g）+CH4（g） 2CO（g）+2H2（g）。在密閉容器中有濃度均為0.1molL﹣1的CH4與CO2，在一定條件下反應，測得CH4的平衡轉化率與溫度及壓強的關系如圖2，則壓強p1_____p2（選填“大于”或“小于”）；當壓強為p2時，在y點：v（正）______v（逆）（選填“大于”、“小于”或“等于”）。若p2=3MPa，則T℃時該反應的平衡常數Kp=_______MPa2（用平衡分壓代替平衡濃度計算，分壓=總壓×物質的量分數）。

Answer 1

【答案】 a =﹣574.4 C D 0.12mol/（L·min） 增大 F 小于 大于 4

【解析】(1). 已知反應①CO（g）+1/2O2（g）= CO2（g） △H1=﹣283.0kJ/mol

②H2（g）+1/2O2（g）= H2O（g） △H2=﹣241.8kJ/mol

③CH3OH（g）+3/2O2（g）= CO2（g）+ 2H2O（g）△H3=﹣192.2kJ/mol，

根據蓋斯定律可知，①+②×2③可得：CO（g）+2H2（g） CH3OH（g），則△H=akJ/mol=(283.0kJ/mol)+(241.8kJ/mol)×2(192.2kJ/mol)=574.4kJ/mol，即a=574.4，故答案為：574.4；

(2). A. 根據反應方程式可知，單位時間內生成1molCH3OH(g)時，一定會消耗1molCO(g)，所以不能說明反應達到平衡標志，故A錯誤；B. 由于此反應全部是氣體參與和生成的反應，故反應體系中氣體的質量不變，在恒溫恒容的容器中，容器的體積不變，則混合氣體的密度始終不變，所以不能說明反應達到平衡狀態(tài)，故B錯誤；C. 在絕熱恒容的容器中，反應的平衡常數不再變化，說明容器的溫度已不再變化，所以反應達到了平衡狀態(tài)，故C正確；D. 此反應是氣體物質的量減小的反應，因氣體的總質量不變，則氣體的平均摩爾質量不變時，反應達到平衡狀態(tài)，故D正確；答案選：CD；

(3). ①. H2和CO總共為3mol，起始時n(H2):n(CO)=2，則H2為2mol、CO為1mol，5min達到平衡時CO的轉化率為0.6，則：

CO(g)+2H2(g) CH3OH(g)

起始(mol): 1 2 0

轉化(mol): 0.6 1.2 0.6

平衡(mol): 0.4 0.8 0.6

容器的容積為2L，則v(H2)=1.2mol÷2L÷5min=0.12mol/( L·min)；該溫度下平衡常數K= =9.375，此時再向容器中加入CO(g)和CH3OH(g)各0.4mol，此時濃度商Qc= =7.81＜K，則反應向正反應方向進行，達新平衡時H2的轉化率將增大，

故答案為：0.12mol/( L·min)；增大；

②. 混合比例等于化學計量數之比時，平衡時生成物的含量最大，故當= 3.5時，達到平衡狀態(tài)后，CH3OH的體積分數小于C點，則CH3OH的體積分數可能是圖象中的F點，故答案為：F；

(4). CO2（g）+CH4（g） 2CO（g）+2H2（g）的正反應為氣體物質的量增大的反應，較低的壓強有利于反應正向進行，壓強越大平衡時甲烷的轉化率越小，則壓強p1<p2；當壓強為p2時，在y點甲烷的轉化率小于平衡時(x點)的轉化率，反應未達到平衡，則反應正向進行到達平衡，則在y點：v(正)>v(逆)；若p2=3MPa，x點甲烷轉化率為50%，則：

CO2（g）+CH4（g） 2CO（g）+2H2（g）

起始濃度(mol/L): 0.1 0.1 0 0

變化濃度(mol/L): 0.05 0.05 0.1 0.1

平衡濃度(molL): 0.05 0.05 0.1 0.1

平衡常數Kp= = (MPa)2=4(MPa)2，故答案為：小于；大于；4。