题目内容
目前工业上可用CO2来生产燃料甲醇，其反应方程式为：CO2（g）+3H2（g）?CH3OH（g）；△H=-49kJ/mol．现进行如下实验：在体积为2L的密闭容器中，充入2molCO2和6molH2，在一定温度下发生反应并达平衡，实验中测得CO2和CH3OH（g）的浓度随时间变化如图：
（1）从反应开始到平衡，CO2的平均速率为
（2）下列说法中正确的是
A、某时刻时混合气体的密度、平均相对分子质量不变均可说明该反应达平衡状态；
B、单位时间内消耗3mol H2的同时消耗1mol CH3OH，可说明该反应达平衡状态
C、反应达平衡时H2的转化率为75%；
D、2mol CO2和6mol H2反应达到平衡时放出98.0KJ热量
E、达平衡之后改变条件若平衡发生移动．该反应的平衡常数一定改变
（3）下列措施中既能加快该反应速率又能使CO2的转化率增大的是（填字母代号）
A、加入催化剂 B、升高温度 C、恒温恒容下充入He（g） D、再充入l mol CO2和3mol H2
（4）该温度下的平衡常数为（用分数表示）
（5）高甲醇质子交换膜燃料电池中将甲醇蒸气转化为氢气的两种反应原理是：’
①CH3OH（g）+H2O（g）=CO2 （g）+3H2 （g）；△H=+49．O KJ/mol
②CH3OH（g）+
| 1 |
| 2 |
由此可推知：CH3OH（l）+
| 1 |
| 2 |
考点：化学平衡的计算,用盖斯定律进行有关反应热的计算,化学反应速率的影响因素
专题：
分析：（1）根据CO2和CH3OH（g）的浓度随时间的变化的图，根据二氧化碳的浓度变化计算其平均反应速率；
（2）A、反应前后质量不变，体积不变，密度不变；
B、不同物质表示的正逆反应速率之比等于计量数之比即是平衡状态；
C、根据反应消耗的二氧化碳，求出消耗的氢气，然后求出反应达平衡时H2的转化率；
D、2mol CO2和6mol H2不能全部转化为生成物；
E、平衡常数只随着温度的变化而变化；
（3）能加快该反应速率，则增大浓度、升高温度、增大压强或加催化剂，能使CO2的转化率增大，则平衡正向移动；
（4）先求出平衡时各物质的浓度，再根据K=
计算；
（5）气态CH3OH变化为液态放热；依据已知热化学方程式，利用盖斯定律进行计算．
（2）A、反应前后质量不变，体积不变，密度不变；
B、不同物质表示的正逆反应速率之比等于计量数之比即是平衡状态；
C、根据反应消耗的二氧化碳，求出消耗的氢气，然后求出反应达平衡时H2的转化率；
D、2mol CO2和6mol H2不能全部转化为生成物；
E、平衡常数只随着温度的变化而变化；
（3）能加快该反应速率，则增大浓度、升高温度、增大压强或加催化剂，能使CO2的转化率增大，则平衡正向移动；
（4）先求出平衡时各物质的浓度，再根据K=
| c(CH3OH)?c(H2O) |
| c(CO2)?c3(H2) |
（5）气态CH3OH变化为液态放热；依据已知热化学方程式，利用盖斯定律进行计算．
解答：
解：（1）根据图示可知，10min达到平衡状态，二氧化碳的浓度变化值为1mol/L-0.25mol/L=0.75mol/L，则CO2的平均反应速率为：
=0.075mol/（L?min），
故答案为：0.075mol/（L?min）；
（2）A、反应前后质量不变，体积不变，则密度不变，在整个反应过程中密度一直不变，所以不能根据密度判断平衡状态，反应后气体的物质的量减小，则平均相对分子质量增大，所以平均相对分子质量不变即是平衡状态，故A错误；
B、不同物质表示的正逆反应速率之比等于计量数之比即是平衡状态，单位时间内消耗3mol H2表示正速率，同时消耗1mol CH3OH表示逆速率，二者正逆速率之比等于计量数之比，可说明该反应达平衡状态，故B正确；
C、根据图示可知，10min达到平衡状态，二氧化碳的浓度变化值为1mol/L-0.25mol/L=0.75mol/L，则消耗的氢气为0.75mol/L×3=2.25mol/L，则反应达平衡时H2的转化率为
×100%=75%，故C正确；
D、2mol CO2和6mol H2不能全部转化为生成物，则2mol CO2和6mol H2反应达到平衡时放出的热量小于98.0KJ，故D错误；
E、平衡常数只随着温度的变化而变化，则达平衡之后改变浓度使平衡发生移动，该反应的平衡常数一定不改变，故E错误；
故答案为：BC；
（3）A、加入催化剂反应速率增大，但是CO2的转化率不变，故A不选；
B、升高温度反应速率增大，该反应为放热反应，升高温度，平衡逆移，则CO2的转化率减小，故B不选；
C、恒温恒容下充入He（g），容器的体积不变，各反应物质的浓度不变，则反应速率和平衡不变，故C不选；
D、再充入l mol CO2和3molH2，反应物的浓度增大，反应速率增大，气体的物质的量增大，压强增大，平衡正向移动，则CO2的转化率增大，故D选；
故答案为：D；
（4）平衡时，c（CO2）=0.25mol/L，c（H2）=
-2.25mol/L=0.75mol/L，c（CH3OH）=0.75mol/L，c（H2O）=0.75mol/L，则K=
=
=
；
故答案为：
；
（5）反应②气态甲醇反应生成二氧化碳和氢气的焓变是-192.9kJ/mol，而气态CH3OH变化为液态放热，则1 mol液态 CH3OH充分燃烧生成二氧化碳和水放出的热量小于192.9 kJ，则CH3OH（l）+
O2 （g）=CO2 （g）+2H2 （g）的△H＞-192.9KJ/mol；
已知①CH3OH（g）+H2O（g）=CO2（g）+3H2（g）△H=+49.0kJ?mol-1
②CH3OH（g）+
O2（g）=CO2（g）+2H2（g）△H=-192.9kJ?mol-1
又知 ③H2O（g）=H2O（l）△H=-44kJ/mol
依据盖斯定律计算（②×3-①×2+③×2）得到CH3OH（l）+
O2（g）=CO2（g）+2H2O（l）△H=3×（-192.9 kJ?mol-1）-2×49.0 kJ?mol-1+（-44 kJ?mol-1）×2=-764.7 KJ/mol；则CH3OH（g）的燃烧热为764.7 KJ/mol；
故答案为：＞；764.7 KJ/mol．
| 0.75mol/L |
| 10min |
故答案为：0.075mol/（L?min）；
（2）A、反应前后质量不变，体积不变，则密度不变，在整个反应过程中密度一直不变，所以不能根据密度判断平衡状态，反应后气体的物质的量减小，则平均相对分子质量增大，所以平均相对分子质量不变即是平衡状态，故A错误；
B、不同物质表示的正逆反应速率之比等于计量数之比即是平衡状态，单位时间内消耗3mol H2表示正速率，同时消耗1mol CH3OH表示逆速率，二者正逆速率之比等于计量数之比，可说明该反应达平衡状态，故B正确；
C、根据图示可知，10min达到平衡状态，二氧化碳的浓度变化值为1mol/L-0.25mol/L=0.75mol/L，则消耗的氢气为0.75mol/L×3=2.25mol/L，则反应达平衡时H2的转化率为
| 2.25mol/L×2 |
| 6mol |
D、2mol CO2和6mol H2不能全部转化为生成物，则2mol CO2和6mol H2反应达到平衡时放出的热量小于98.0KJ，故D错误；
E、平衡常数只随着温度的变化而变化，则达平衡之后改变浓度使平衡发生移动，该反应的平衡常数一定不改变，故E错误；
故答案为：BC；
（3）A、加入催化剂反应速率增大，但是CO2的转化率不变，故A不选；
B、升高温度反应速率增大，该反应为放热反应，升高温度，平衡逆移，则CO2的转化率减小，故B不选；
C、恒温恒容下充入He（g），容器的体积不变，各反应物质的浓度不变，则反应速率和平衡不变，故C不选；
D、再充入l mol CO2和3molH2，反应物的浓度增大，反应速率增大，气体的物质的量增大，压强增大，平衡正向移动，则CO2的转化率增大，故D选；
故答案为：D；
（4）平衡时，c（CO2）=0.25mol/L，c（H2）=
| 6mol |
| 2L |
| c(CH3OH)?c(H2O) |
| c(CO2)?c3(H2) |
| 0.75×0.75 |
| 0.25×0.753 |
| 16 |
| 3 |
故答案为：
| 16 |
| 3 |
（5）反应②气态甲醇反应生成二氧化碳和氢气的焓变是-192.9kJ/mol，而气态CH3OH变化为液态放热，则1 mol液态 CH3OH充分燃烧生成二氧化碳和水放出的热量小于192.9 kJ，则CH3OH（l）+
| 1 |
| 2 |
已知①CH3OH（g）+H2O（g）=CO2（g）+3H2（g）△H=+49.0kJ?mol-1
②CH3OH（g）+
| 1 |
| 2 |
又知 ③H2O（g）=H2O（l）△H=-44kJ/mol
依据盖斯定律计算（②×3-①×2+③×2）得到CH3OH（l）+
| 3 |
| 2 |
故答案为：＞；764.7 KJ/mol．
点评：本题考查较为综合，涉及反应速率的计算、影响平衡和速率的因素、平衡状态的判断、化学平衡常数的计∥盖斯定律的应用和反应热的计算等，题目难度中等，本题注意热化学方程式的书写方法和平衡常数的计算应用，学习中要准确把握．
练习册系列答案
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