Question

【题目】在工业上常用CO和H2合成甲醇，反应方程式为：

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

回答下列问题：

（1）a = _______

（2）能说明反应CO（g）+2H2（g） CH3OH（g）已达平衡状态的是___（填字母）。

A．单位时间内生成1mol CH3OH（g）的同时消耗了1mol CO（g）

B．在恒温恒容的容器中，混合气体的密度保持不变

C．在绝热恒容的容器中，反应的平衡常数不再变化

D．在恒温恒压的容器中，气体的平均摩尔质量不再变化

（3）在T1℃时，体积为2L的恒容容器中充入物质的量之和为3mol的H2和CO，反应达到平衡时CH3OH的体积分数（V%）与的关系如图1所示．

①当起始=2时，经过5min达到平衡，CO的转化率为0.6，则0～5min内平均反应速率v（H2）=_____________。若此时再向容器中加入CO（g）和CH3OH（g）各0.4mol，达新平衡时H2的转化率将____________（选填“增大”、“减小”或“不变”）；

②当= 3.5时，达到平衡状态后，CH3OH的体积分数可能是图象中的_______点（选填“D”、“E”或“F”）。

（4）CO和H2来自于天然气。已知CO2（g）+CH4（g） 2CO（g）+2H2（g）。在密闭容器中有浓度均为0.1molL﹣1的CH4与CO2，在一定条件下反应，测得CH4的平衡转化率与温度及压强的关系如图2，则压强p1_____p2（选填“大于”或“小于”）；当压强为p2时，在y点：v（正）______v（逆）（选填“大于”、“小于”或“等于”）。若p2=3MPa，则T℃时该反应的平衡常数Kp=_______MPa2（用平衡分压代替平衡浓度计算，分压=总压×物质的量分数）。

Answer 1

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

【解析】(1). 已知反应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，

根据盖斯定律可知，①+②×2③可得：CO（g）+2H2（g） CH3OH（g），则△H=akJ/mol=(283.0kJ/mol)+(241.8kJ/mol)×2(192.2kJ/mol)=574.4kJ/mol，即a=574.4，故答案为：574.4；

(2). A. 根据反应方程式可知，单位时间内生成1molCH3OH(g)时，一定会消耗1molCO(g)，所以不能说明反应达到平衡标志，故A错误；B. 由于此反应全部是气体参与和生成的反应，故反应体系中气体的质量不变，在恒温恒容的容器中，容器的体积不变，则混合气体的密度始终不变，所以不能说明反应达到平衡状态，故B错误；C. 在绝热恒容的容器中，反应的平衡常数不再变化，说明容器的温度已不再变化，所以反应达到了平衡状态，故C正确；D. 此反应是气体物质的量减小的反应，因气体的总质量不变，则气体的平均摩尔质量不变时，反应达到平衡状态，故D正确；答案选：CD；

(3). ①. H2和CO总共为3mol，起始时n(H2):n(CO)=2，则H2为2mol、CO为1mol，5min达到平衡时CO的转化率为0.6，则：

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

起始(mol): 1 2 0

转化(mol): 0.6 1.2 0.6

平衡(mol): 0.4 0.8 0.6

容器的容积为2L，则v(H2)=1.2mol÷2L÷5min=0.12mol/( L·min)；该温度下平衡常数K= =9.375，此时再向容器中加入CO(g)和CH3OH(g)各0.4mol，此时浓度商Qc= =7.81＜K，则反应向正反应方向进行，达新平衡时H2的转化率将增大，

故答案为：0.12mol/( L·min)；增大；

②. 混合比例等于化学计量数之比时，平衡时生成物的含量最大，故当= 3.5时，达到平衡状态后，CH3OH的体积分数小于C点，则CH3OH的体积分数可能是图象中的F点，故答案为：F；

(4). CO2（g）+CH4（g） 2CO（g）+2H2（g）的正反应为气体物质的量增大的反应，较低的压强有利于反应正向进行，压强越大平衡时甲烷的转化率越小，则压强p1<p2；当压强为p2时，在y点甲烷的转化率小于平衡时(x点)的转化率，反应未达到平衡，则反应正向进行到达平衡，则在y点：v(正)>v(逆)；若p2=3MPa，x点甲烷转化率为50%，则：

CO2（g）+CH4（g） 2CO（g）+2H2（g）

起始浓度(mol/L): 0.1 0.1 0 0

变化浓度(mol/L): 0.05 0.05 0.1 0.1

平衡浓度(molL): 0.05 0.05 0.1 0.1

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