Question

【题目】.甲醇作为一种较好的可再生能源，具有广泛的应用前景。

已知在常温常压下反应的热化学方程式：

①CO(g)+2H2(g) CH3OH(g) H1=-90kJ·mol-1

②CO(g)+H2O(g) CO2(g) + H2(g) H2=-41kJ·mol-1

写出由二氧化碳、氢气制备甲醇的热化学方程式：___________________。

Ⅱ. 已知甲醇制备的有关化学反应以及在不同温度下的化学反应平衡常数如下表所示：

化学反应	平衡 常数	温度
		500℃	700℃	800℃
2H2(g) + CO(g) CH3OH(g)	K1	2.5	0.34	0.15
H2(g) + CO2(g) H2O(g) + CO(g)	K2	1	1.7	2.52
3H2(g)+CO2(g)CH3OH(g)+H2O(g)	K3

请回答下列问题：

(1)反应①是__________（填“吸热”或“放热“）反应

(2)观察①②③可推导出K1、K2、K3之间的关系，则K3=_______（用K1、K2表示）

(3)某温度时，反应①式中各物质的平衡浓度符合下式：20×c(CH2OH)=3×c(CO)×c3(H2)，试判断此时的温度为____________。

(4)500℃时测得反应③在某时刻H2(g)、CO2(g)、CH3OH(g)、H2O(g)的浓度分别为0.4 mol· L-1、1 mol·L-1、0.5 mol·L-1、0.4 mol·L-1molL-1，则此时V（正）______V（逆）（填“>”、 “=”或“<”）。

(5)对应反应③，一定条件下将H2(g)和CO2(g)以体积比3:1置于恒温恒容的密闭容器发生反应，下列能说明该反应达平衡状态的有_____________。

A.体系密度保持不变

B.H2和CO2的体积比保持不变

C.混合气体的平均相对分子量不变时，反应一定达到平衡状态

D.当破坏CO2中2个碳氧双键，同时破坏H2O中的2个氧氢键，反应一定达到平衡状态

Answer 1

【答案】 CO2(g)+3H2(g) CH3OH(g)+H2O(g) H=-49kJ·mol-1· 放热 K1×K2 800℃ < CD

【解析】I.本题考查热化学反应方程式的计算，目标反应方程式为CO2＋3H2=CH3OH＋H2O，①－②得出CO2(g)+3H2(g) CH3OH(g)+H2O(g) △H=(－90＋41)kJ·mol－1=－49kJ·mol－1；II.本题考查影响化学平衡移动的因素和化学平衡常数的计算，化学平衡状态的判断，（1）化学平衡常数只受温度的影响，根据表格数据，随着温度的升高，化学平衡常数减少，说明升高温度，平衡向逆反应方向移动，即正反应方向是放热反应；（2）根据化学平衡常数的表达式，K1=c(CH3OH)/[c2(H2)×c(CO)]，K2=[c(H2O)×c(CO)]/[c(H2)×c(CO2)]，K3=[c(CH3OH)×c(H2O)]/[c3(H2)×c(CO2)]，因此有K3=K1×K2；（3）式子变形得到：c(CH3OH)/[c2(H2)×c(CO)]=3/20=0.15，即温度为800℃；（4）此时的Qc=0.4×0.5/(0.43×1)=3.125，此时的平衡常数为K3=K2×K1=2.5<3.125，说明反应向逆反应方向进行，即v(正)<v(逆)；（5）A、组分都是气体，则气体质量不变，容器为恒容状态，体积不变，因此密度任何时刻都相同，即密度不变，不能说明反应达到平衡，故A错误；B、投入量按照气体系数比投入，因此任何时刻两者的体积比都相等，不能作为达到平衡的标志，故B错误；C、气体质量不变，向正反应方向进行，气体物质的量减少，根据M=m/n，因此当M不再改变说明反应达到平衡，故C正确；D、破坏CO2中2个碳氧双键，说明反应向正反应方向进行，破坏H2O中2个氢氧键，说明反应向逆反应方向进行，且两者比值等于系数之比，因此说明反应达到平衡，故D正确。