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）+O2（g）== CO2（g） △H1=﹣283.0kJ/mol

②H2（g）+O2（g）== H2O（g）△H2=﹣241.8kJ/mol

③CH3OH（g）+O2（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）。

(5)含有甲醇的废水会造成环境污染，可通入ClO2气体将其氧化为CO2。写出相关反应的离子方程式_________________________________________。

Answer 1

【答案】 a =﹣574.4 C D 0.12mol/（L·min） 增大 F 小于 大于 4 6ClO2+5CH3OH=5CO2+6Cl﹣+7H2O+6H+

【解析】试题分析：本题考查盖斯定律的应用，化学平衡的标志，化学平衡图像的分析，平衡常数的计算，离子方程式的书写。

（1）应用盖斯定律，将①式+②式2-③式得，CO（g）+2H2（g） CH3OH（g） △H =ΔH1+2ΔH2-ΔH3=[（-283）+（-241.8）2-（-192.2）]kJ/mol=-574.4kJ/mol，a=-574.4。

（2）A项，单位时间内生成1mol CH3OH（g）的同时消耗了1mol CO（g），只说明正反应，不能说明反应已达平衡状态；B项，在恒温恒容的容器中，根据质量守恒定律，混合气体的总质量始终不变，混合气体的密度始终不变，混合气体的密度保持不变不能说明反应已达平衡状态；C项，该反应为放热反应，在绝热恒容的容器中，随着平衡的建立温度升高平衡逆向移动，反应的平衡常数减小，反应的平衡常数不再变化说明反应已达平衡状态；D项，该反应的正反应为气体分子数减小的反应，建立平衡的过程中混合气体物质的量减小，混合气体的质量不变，混合气体的平均摩尔质量增大，气体的平均摩尔质量不再变化说明反应已达平衡状态；答案选CD。

（3）①当起始=2时，起始CO、H2的物质的量依次为1mol、2mol。用三段式：

CO（g）+2H2（g） CH3OH（g）

n（起始）（mol）1 2 0

n（转化）（mol）10.6 1.2 0.6

n（平衡）（mol）0.4 0.8 0.6

0～5min内平均反应速率v（H2）==0.12mol/(L·min)。平衡时CO、H2、CH3OH的物质的量浓度依次为0.2mol/L、0.4mol/L、0.3mol/L，该温度下的化学平衡常数K==9.375；再向容器中加入CO（g）和CH3OH（g）各0.4mol，瞬时CO、H2、CH3OH的物质的量浓度依次为0.4mol/L、0.4mol/L、0.5mol/L，此时的浓度商为=7.81259.375，反应向正反应方向进行，H2的平衡转化率将增大。

②当反应物按化学计量数之比投料，达到平衡时生成物的百分含量最大。当= 3.52，达到平衡状态后，CH3OH的体积分数应小于C点，可能是图象中的F点，答案选F。

（4）该反应的正反应是气体分子数增大的反应，增大压强平衡逆向，反应物的转化率减小，由图像知温度相同时，p1时CH4的转化率大于p2时，则1小于p2。当压强为p2时，y点CH4的转化率小于CH4的平衡转化率，反应正向进行，则y点：v（正）大于v（逆）。由图像知T℃、p2达到平衡时CH4的转化率为50%，用三段式：

CO2（g）+CH4（g） 2CO（g）+2H2（g）

n（起始）（mol/L）0.1 0.1 0 0

n（转化）（mol/L）0.05 0.05 0.1 0.1

n（平衡）（mol/L）0.05 0.05 0.1 0.1

平衡时CO2、CH4、CO、H2物质的量分数依次为1/6、1/6、1/3、1/3，若p2=3MPa，则平衡时CO2、CH4、CO、H2的平衡分压依次为0.5MPa、0.5MPa、1MPa、1MPa，Kp==4MPa2。

（5）含有甲醇的废水会造成环境污染，可通入ClO2气体将其氧化为CO2，ClO2被还原成Cl-，写出反应CH3OH+ClO2→CO2+Cl-，C元素的化合价由-2价升至+4价，Cl元素的化合价由+4价降至-1价，根据元素化合价升降总数相等配平5CH3OH+6ClO2→5CO2+6Cl-，根据原子守恒和电荷守恒，写出反应的离子方程式为：5CH3OH+6ClO2=5CO2+6Cl-+6H++7H2O。