Question

【题目】甲醇是重要的化工原料，又可作为燃料。工业上利用合成气(主要成分为CO、CO2和H2)在催化剂的作用下合成甲醇，发生的主反应如下：

①CO(g)+2H2 (g)CH3OH(g) △H1；

②CO2 (g)+3H2 (g)CH3OH(g)+H2O(g) △H=－58kJ/mol；

③CO2 (g)+H2(g)CO(g)+H2O(g) △H==+41k J/ mol。

回答下列问题：

(1)已知反应①中相关的化学键键能数据如下表：

化学键	H—H	C－O	C≡O	H－O	C—H
E/(kJ·mol－1)	436	343	1076	465	x

则x=___________。

(2)合成气组成n(H2)/n(CO+ CO2)=2.60时，体系中的CO平衡转化率(α)与温度和压强的关系如图甲所示。α(CO)值随温度升高而___________(填“增大”或“减小”)，其原因是_____；图中的压强由大到小为___________，其判断理由是_____________。

(3)若将1mol CO2和2molH2充入容积为2L的恒容密闭容器中，在两种不同温度下发生反应②。测得CH3OH的物质的量随时间的变化如图所示。

①曲线I、Ⅱ对应的平衡常数大小关系为K1___________KⅡ(填“＞”“=”或“＜”)。

②一定温度下，下列能判断该反应达到化学平衡状态的是___________(填序号)。

a.容器中压强不变 b.甲醇和水蒸气的体积比保持不变

c.v正(H2)=3v逆(CH3OH) d.2个C=0断裂的同时有6个H－H断裂

③若5min后反应达到平衡状态，H2的转化率为90%，则用CO2表示的平均反应速率为____，该温度下的平衡常数为___________；若容器容积不变，下列措施可增加甲醇产率的是___________。(填序号)。

a.缩小反应容器的容积 b.使用合适的催化剂

c.充入He d.按原比例再充入CO2和H2

Answer 1

【答案】413 减小 反应①为放热反应，温度升高，平衡逆向移动 ①的正反应为气体总分子数减小的反应，温度一定时，增大压强，平衡正向移动，CO的平衡转化率增大，而反应③为气体总分子数不变的反应，产生CO的量不受压强的影响，因此增大压强时，CO的转化率提高 > ac 0.06mol/（L·min） 450 ad

【解析】

（1）根据盖斯定律计算△H1，再由反应热=反应物总键能-生成物总键能计算键能；

2）由图可知，压强一定时，随温度的升高，CO的转化率减小，反应①正反应为放热反应，升高温度，平衡向逆反应方向移动，平衡体系中CO的量增大，反应③为吸热反应，升高温度，平衡向正反应方向移动，又使平衡体系中CO的增大，总结果，随温度升高，CO的转化率减小；相同温度下，反应③前后气体分子数不变，压强改变不影响其平衡移动，反应①正反应为气体分子数减小的反应，增大压强，有利于平衡向正反应方向移动，CO的转化率增大，故增大压强有利于CO的转化率升高；

(3)①根据题给图象分析可知，T2先达到平衡，则T2>T1；

②依据化学平衡状态判断的标志判断；

③建立三段式，由三段式计算反应速率和平衡常数；依据反应特征判断。

(1) 根据盖斯定律：②-③=①可得①，故△H1=△H2-△H3=-58kJ．mol-1-（+41kJ．mol-1）=-99kJ．mol-1，由反应热=反应物总键能-生成物总键能可得-99kJ．mol-1=（1076kJ．mol-1+2×436kJ．mol-1）-（3×x+343+465）kJ．mol-1，解得x=413 kJ．mol-1，故答案为：413；

（2）由图可知，压强一定时，随温度的升高，CO的转化率减小，反应①正反应为放热反应，升高温度，平衡向逆反应方向移动，平衡体系中CO的量增大，反应③为吸热反应，升高温度，平衡向正反应方向移动，又使平衡体系中CO的增大，总结果，随温度升高，CO的转化率减小；相同温度下，反应③前后气体分子数不变，压强改变不影响其平衡移动，反应①正反应为气体分子数减小的反应，增大压强，有利于平衡向正反应方向移动，CO的转化率增大，故增大压强有利于CO的转化率升高，故压强P3>P2>P1，故答案为：反应①为放热反应，温度升高，平衡逆向移动；P3>P2>P1；①的正反应为气体总分子数减小的反应，温度一定时，增大压强，平衡正向移动，CO的平衡转化率增大，而反应③为气体总分子数不变的反应，产生CO的量不受压强的影响，因此增大压强时，CO的转化率提高；

(3)①根据题给图象分析可知，T2先达到平衡，则T2>T1，由温度升高，平衡逆向移动，平衡常数减小，则K1>KⅡ，故答案为：>；

②a. 反应②为气体体积减小的反应，容器中压强不变说明该反应达到化学平衡状态，故正确；

b.甲醇和水蒸气均为生成物，无论反应是否达到平衡，甲醇和水蒸气的体积比均保持不变，故错误；

c.v正(H2)=3v逆(CH3OH)说明正反应速率等于逆反应速率，说明该反应达到化学平衡状态，故正确；

d.2个C=0断裂代表正反应速率，6个H－H断裂也代表正反应速率，不能说明正反应速率等于逆反应速率，不能说明该反应达到化学平衡状态，故错误；

故选ac，故答案为：ac；

③若5min后反应达到平衡状态，H2的转化率为90%，由此建立如下三段式：

CO2 (g)+3H2 (g)CH3OH(g)+H2O(g)

起（mol/L） 0.5 1 0 0

变（mol/L） 0.3 0.9 0.3 0.3

平（mol/L） 0.2 0.1 0.3 0.3

则用CO2表示的平均反应速率为0.3 mol/L/5min=0.06mol/（L·min）,反应的化学平衡常数K=c(CH3OH)c(H2O)/c(CO2)c3(H2)= 0.3 mol/L×0.3 mol/L/(0.2mol/L)×(0.1mol/L)3=450；缩小反应容器的容积，增大压强，平衡右移，甲醇产率增大；使用合适的催化剂，平衡不移动，甲醇产率不变；恒容充入He，各物质浓度不变，平衡不移动，甲醇产率不变；按原比例再充入CO2和H2，相当于增大压强增大压强，平衡右移，甲醇产率增大，故选ad，故答案为：0.06mol/（L·min）；450；ad。