Question

【题目】甲醇是重要的化工原料，又可作为燃料。工业上利用合成气（主要成分为CO、CO2和H2）在催化剂的作用下合成甲醇，发生的主反应如下：

①CO(g)+2H2(g)CH3OH(g) ΔH1

②CO2(g)+3H2(g)CH3OH（g）+H2O(g) ΔH＝－58 kJ/mol

③CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g) ΔH＝＋41 kJ/mol

回答下列问题：

（1）已知反应①中相关的化学键键能数据如下：

化学键	H－H	C－O	C O	H－O	C－H
E/（kJ·mol-1）	436	343	1076	465	x

则x＝_________。

（2）若将lmol CO2和2mol H2充入容积为2L的恒容密闭容器中，在两种不同温度下发生反应②。测得CH3OH的物质的量随时间的变化如图所示。

①曲线I、Ⅱ对应的平衡常数大小关系为KI_____KⅡ(填“＞”或“＝”或“＜”)；

②一定温度下，能判断该反应达到化学平衡状态的是_____________。

a．容器中压强不变 b．甲醇和水蒸气的体积比保持不变

c．v正（H2）＝3v逆（CH3OH） d．2个C＝O断裂的同时有6个H—H断裂

③若5min后反应达到平衡状态，H2的转化率为90%，则用CO2表示的平均反应速率________；该温度下的平衡常数为______；若保持容器温度不变，下列措施可增加甲醇产率的________。

a．缩小反应容器的容积 b．使用合适的催化剂

c．充入He d．按原比例再充入CO2和H2

Answer 1

【答案】413 > ac 0.06mol/（L·min） 450 ad

【解析】

(1). 已知①CO(g)+2H2(g)CH3OH(g) ΔH1

②CO2(g)+3H2(g)CH3OH（g）+H2O(g) ΔH＝－58 kJ/mol

③CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g) ΔH＝＋41 kJ/mol

根据盖斯定律，②－③=①，则ΔH1=－58 kJ/mol－41 kJ/mol=－99kJ/mol，ΔH=反应物的键能总和－生成物的键能总和，则ΔH1=1076 kJ·mol-1+436×2 kJ·mol-1－(3x kJ·mol-1+343 kJ·mol-1+465 kJ·mol-1)= －99 kJ·mol-1，解得x=413 kJ·mol-1，故答案为：413；

(2). ①. II达到平衡的时间小于I，说明II的反应速率大于I，则II的温度大于I，平衡时II中CH3OH的物质的量小于I，说明平衡向逆反应方向移动，则只能是升高温度，即温度升高，平衡向逆反应方向移动，导致化学平衡常数减小，所以KI＞KII，故答案为：＞；

②. 反应② CO2(g)+3H2(g)CH3OH（g）+H2O(g) ΔH＝－58 kJ/mol，该反应为气体体积减小的放热反应，

a.该反应为反应前后气体体积不等的可逆反应，相同条件下气体物质的量之比等于气体压强之比，容器中压强不变说明反应达到平衡状态，故a选；

b.甲醇和水蒸气均为生成物，二者的体积比始终保持不变，不能说明反应达到平衡状态，故b不选；

c.达到平衡时，用不同物质表示的正逆反应速率之比等于其化学方程式计量数之比，v正（H2）＝3v逆（CH3OH）说明该反应的正逆反应速率相等，反应达到平衡状态，故c选；

d.由反应方程式可知，2个C=O断裂的同时一定有6个H-H断裂，不能说明反应达到平衡状态，故d不选，故答案为：ac；

③. 若5min后反应达到平衡状态，H2的转化率为90%，则△n(H2)=2mol×90%=1.8mol，由反应方程式可知△n(CO2)= 1.8mol÷3=0.6mol，所以用CO2表示的平均反应速率v(CO2)= =0.06mol/（L·min）；根据平衡三段式法有：

CO2(g)+3H2(g)CH3OH（g）+H2O(g)

起始浓度 0.5 1 0 0

转化浓度 0.3 0.9 0.3 0.3

平衡浓度 0.2 0.1 0.3 0.3

平衡常数K==450；

保持容器温度不变，a. 缩小反应容器的容积，压强增大，平衡正向移动，甲醇产率增加，故a选；

b.使用催化剂可以加快反应速率，但平衡不移动，甲醇的产率不变，故b不选；

c.恒容条件下充入He，各物质的浓度不变，平衡不移动，甲醇的产率不变，故c不选；

d. 按原比例再充入CO2和H2相当于增大压强，平衡正向移动，甲醇的产率增大，故d选，则答案为：0.06mol/（L·min）；450；ad。