题目内容
【题目】工业上用CO生产燃料甲醇。一定条件下发生反应:CO（g）+2H2（g）
CH3OH（g）。
（1）图1是表示一定温度下，在体积为2 L的密闭容器中加入4 molH2和一定量的CO后，CO和CH3OH（g）的浓度随时间变化情况。从反应开始到平衡，用CO浓度变化表示平均反应速率 v（CO）=_____________；H2的平衡转化率为_______________。
（2）图2表示该反应进行过程中能量的变化。曲线a表示不使用催化剂时反应的能量变化，曲线b表示使用催化剂后的能量变化。写出反应的热化学方程式:______________。
（3）该温度下，反应平衡常数K=______________（填数值）。
（4）恒容条件下，下列措施中能使反应体系中
增大的措施有____________。
A．升高温度 B．充入He气 C．再充入2molH2 D．使用催化剂
【答案】（1）0.075mol/（Lmin）；75%；
（2）CO（g）+H2（g）
CH3OH（g） △H=-91kJ/mol；（3）12；（4）C。
【解析】
试题分析：（1）根据图像可知反应进行到10min时达到平衡状态，此时生成甲醇0.75mol/L，则根据方程式可知消耗CO的浓度是0.75mol/L，所以用CO表示的平均反应速率为0.75mol/L÷10min＝0.075 mol·L—1·min—1。消耗氢气是1.5mol/L，氢气的起始浓度是2mol/L，因此氢气的转化率是
×100%＝75%；
（2）根据图像可知反应物总能量高于生成物总能量，因此反应是放热反应。反应热＝419kJ/mol—510kJ/mol＝—91kJ/mol，则热化学方程式为CO（g）+2H2（g）CH3OH（g） △H＝—91 kJ·mol—1。
（3）平衡时消耗氢气的浓度是0.75mol/L ×2＝1.5mol/L，氢气的起始浓度是4mol÷2L＝2mol/L，所以平衡时氢气浓度是0.5mol/L，则根据图像可知平衡常数K＝
。
（4）A、升高温度平衡向逆反应方向进行，则比值减小，A错误；B、容器容积不变充入He气，平衡不移动，则比值不变，B错误；C、再充入2mol氢气平衡向正反应方向进行，因此比值增大，C正确；D、催化剂不能改变平衡状态，所以比值不变，D错误，答案选C。
【题目】CO2是目前最主要的温室气体，减小CO2的排放并用来制造有价值的化学用品是目前的研究目标。
（1）利用CO2与CH4生产合成气(CO、H2)：
已知：CH4(g)+2O2(g)
CO2(g)+2H2O(g) ΔH=－890.3 KJ·mol－1
CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g) ΔH=+2.8 KJ·mol-1
2CO(g)+O2(g)2CO2(g) ΔH=－566.0 KJ·mol－1
反应CO2(g)+CH4(g)2CO(g)+2H2(g) ΔH= ____________。
②250℃时，以镍合金为催化剂，向体积为4 L的密闭容器中通入6 mol CO2、6 mol CH4，开始发生如下反应：CO2(g)+CH4(g)
2CO(g)+2H2(g)。经过一段时间达到平衡，平衡体系中各组分体积分数(某一成分物质的量占总气体物质的量的百分数)如下表：
物质 | CH4 | CO2 | CO | H2 |
体积分数 | 0.1 | 0.1 | 0.4 | 0.4 |
此温度下该反应的平衡常数K=________________。
（2）以二氧化钛表面覆盖Cu2Al2O4为催化剂，可以将CO2和CH4直接转化成乙酸。在不同温度下催化剂的催化效率与乙酸的生成速率如下图所示。250～300℃时，乙酸的生成速率减小的可能原因是____________________。
（3） 如以氢氧化钾水溶液作电解质进行电解，CO2在铜电极上可转化为甲烷，该电极反应方程式为_____________________。
（4）将2mol CO2和6molH2容积相同而温度不同的Ⅰ、Ⅱ两个恒容密闭容器中开始发生反应：CO2(g)+3H2(g) CH3OH(g)+H2O(g)，测得CH3OH的物质的量随时间的变化如下图1所示。
①曲线Ⅰ、Ⅱ对应的平衡常数大小关系为KⅠ_______KⅡ(填“>”“=”或“<”)，可知该 反应是一个_______(填“放热”或“吸热”)反应。
②下列事实说明该反应已达到平衡状态的是_________________：
A．容器内气体压强保持不变
B．容器内气体的密度保持不变
C．CO2的体积分数保持不变
D．CO2的消耗速率与CH3OH的生成速率相等
E．容器内混合气体的平均相对分子质量保持不变
（5）利用光能和光催化剂，可将CO2和H2O(g)转化为CH4和O2。紫外光照射时，在不同催化剂(Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ)作用下，CH4产量随光照时间的变化如上图2所示。在0～15小时内，CH4的平均生成速率Ⅰ、Ⅱ和Ⅲ从大到小的顺序为_____________(填序号)。
