题目内容
【题目】能源问题是人类社会面临的重大课题，甲醇是未来重要的绿色能源之一。
（1）利用工业废气CO2可制取甲醇，己知常温常压下下列反应的能量关系如图：
则CO2与H2反应生成液态CH3OH 的热化学方程式为_______________________。
（2）CH4 和H2O(g)通过下列转化也可以制得CH3OH:
I.CH4(g)+H2O(g)
CO(g)+3H2(g)； △H1>0
II.CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)； △H2<0
将1.0molCH4 和3.0molH2O (g)通入反应室（容积为100L）中，在一定条件下发生反应I，CH4的转化率与温度、压强的关系如下图所示。
① 图中的P1___P2（填“<”、“>”或“=”) ，判断的理由是________________。
② 若反应II在恒容密闭容器进行，下列能判断反应II达到平衡状态的是______（填序号）。
A．生成CH3OH 的速率与消耗CO 的速率相等 B．混合气体的密度不变
C．混合气体的总物质的量不变 D．CH3OH、CO、H2的浓度都不再发生变化
③在某温度下，将一定量的CO和H2投入10L的密闭容器中发生反应II，5min时达到平衡，各物质的物质的浓度（mol· L-1）变化如下表所示：
2min | 5min | 10min | |
CO | 0.07 | 0.06 | 0.05 |
H2 | 0.14 | 0.12 | 0.20 |
CH3OH | 0.03 | 0.04 | 0.05 |
若5min时只改变了某一条件，则所改变的条件是_______________。
【答案】(11分）(l)CO2(g)+3H2(g)=CH30H(l)+H2O(l） △H=-50kJ/mo1；(2）①＜；该反应为反应前后气体体积增大的反应，温度相同时，压强越大，CH4的转化率越小，压强为P1的CH4的转化率高，所以P1<P2( 2 分）；② c、d；③ 加了lmol氢气。
【解析】
试题分析：（1）图1中的热化学方程式为①CO(g)+H2O(l)=CO2(g)+H2(g) △H=-41kJ/mol，②CO(g)+ 2H2(g)=CH3 OH(l) △H= -（510-419）kJ/mol=-91KJ/mol，依据盖斯定律②-①得：二氧化碳和氢气制备甲醇的热化学方程式：CO2(g)+3H2(g)=CH30H(l)+H2O(l） △H=-50kJ/mo1；（2）将1.0mol CH4和2.0mol H2O(g)通入容积固定为100L的反应室，在一定条件下发生反应I，由图象可知T1℃甲烷转化率为50%，故参加反应的甲烷为1mol×50%=0.5mol，则：
CH4(g)+H2O(g) 
CO(g)+3H2(g)； △H1>0
起始量（mol）：1.0 3.0 0 0
变化量（mol）：0.5 0.5 0.5 1.5
平衡量（mol）：0.5 2.5 0.5 1.5
①该反应正方向为体积增大的方向，相同温度下，增大压强，甲烷的转化率减小，由图可知，相同温度下，P2的转化率比P1小，说明P1＜P2；原因是该反应正方向为体积增大的方向，相同温度下，压强越大甲烷的转化率减小；② a．生成CH3OH的速率与消耗CO的速率均为正反应速率，不能判断平衡状态，错误；b．混合气体的体积始终保持不变，质量守恒，所以混合气体的密度始终不变，所以不能判断平衡状态，错误；c．该反应为气体的物质的量减少的反应，混合气体的总物质的量不变，说明反应达到平衡状态，正确；d．CH3OH、CO、H2的浓度都不再发生变化，说明反应达到平衡状态，正确；③反应达到平衡时，根据反应方程式知各物理量之间的关系式知，c(CO)=0.06mol/L，c(H2) =0.12mol/L，10min时，c(CO)减小，c(H2)增大，c(CH3OH)增大，则平衡向正反应方向移动，但氢气浓度增大，所以改变的物理量是增大了氢气的浓度，氢气浓度增大了0.2mol/L-0.12mol/L+0.02mol/L=0.1mol/L，则加入的氢气的物质的量为10L×0.1mol/L=1mol；即5min时只改变了某一条件，所改变的条件是增加1molH2。
