Question

【题目】甲醇(CH3OH)是重要的溶剂和替代燃料，工业上用CO和H2在一定条件下制备CH3OH的反应为：CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)，在体积为1L的恒容密闭容器中，充入2mol CO和4mol H2，一定条件下发生上述反应，测得CO(g)和CH3OH(g)的浓度随时间变化如图所示。

①从反应开始到5min，用CO表示的平均反应速率v(CO)=________。

②下列说法正确的是____________(填字母序号)。

A．达到平衡时，H2的转化率为65%

B．5min后容器中混合气体的平均相对分子质量不再改变

C．达到平衡后，再充入氩气，反应速率减小

D．2min前v(正)>v(逆)，2min后v(正)<v(逆)

（2）碳与水蒸气反应制取H2的相关反应如下：

Ⅰ：C(s)+H2O(g)=CO(g)+H2(g) △H=+131.0kJ·mol1

Ⅱ：CO(g)+H2O(g)=CO2(g)+H2(g) △H= 43kJ·mol1

Ⅲ：CaO(s)+CO2(g)=CaCO3(s) △H= 178.3kJ·mol1

①计算反应ⅣC(s)+2H2O(g)+CaO(s)CaCO3(s)+2H2(g)的△H=_______kJ·mol1；若K1、K2、K3分别为反应Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ的平衡常数，则反应Ⅳ平衡常数K=_____(用K1、K2、K3表示)。

②对于可逆反应C(s)+2H2O(g)+CaO(s)CaCO3(s)+2H2(g)，采取以下措施可以提高H2产率的是________。(填字母)

A．降低体系的温度 B．压缩容器的体积 C．增加CaO的量 D．选用适当的催化剂

Answer 1

【答案】0.3mol·(L·min) 1 B 90.3kJ·mol1 K1·K2·K3 A

【解析】

（1）①依据v（CO）=△c（CO）/△t计算CO表示的平均反应速率；

②A、结合题意建立如下三段式求算H2的转化率；

B、反应前后气体质量不变，气体物质的量变化；

C、达到平衡后，再充人氩气，总压增大分压不变；

D、2min前后反应未达到平衡状态，反应正向进行；

（2）①根据盖斯定律Ⅰ+Ⅱ+Ⅲ可得Ⅳ，由K、K1、K2、K3表达式可得K与K1、K2、K3的关系式；

②A、该反应为放热反应，降低体系的温度，平衡向着正向移动；

C、CaO为固体，增加CaO的量平衡不移动；

B、该反应为气体体积不变的反应，压缩容器的体积增大了压强，平衡不移动；

D、选用适当的催化剂可以改变反应速率，但是不影响化学平衡。

（1）①从反应开始到5min，图象可知CO浓度变化为2.00mol/L-0.50mol/L=1.50mol/L，从反应开始到5min，用一氧化碳表示的平均反应速率v（CO）=1.50mol/L/5min=0.3mol/（Lmin），故答案为：0.3mol/（Lmin）；

②A、结合题意建立如下三段式：

CO（g）+2H2（g）CH3OH（g）

起始量 2 4 0

变化量 1.5 3 1.5

平衡量 0.5 1 1.5

达到平衡时，H2的转化率=消耗量/起始量×100%=3mol/L/4mol/L×100%=75%，故A错误；

B、反应前后气体质量不变，气体物质的量变化，5min后反应达到平衡状态，容器中混合气体的平均相对分子质量不再改变，故B正确；

C、达到平衡后，再充人氩气，总压增大分压不变，速率不变，故C错误；

D、2min前后反应未达到平衡状态，反应正向进行，v（正）>v（逆），故D错误。

故答案为：B

（2）①根据盖斯定律Ⅰ+Ⅱ+Ⅲ可得：C（s）+2H2O（g）+CaO（s）CaCO3（s）+2H2（g）△H=（+131.0kJ/mol）+（-43kJ/mol）+（-178.3kJ/mol）=-90.3kJ；根据方程式可知，K1=c(CO)c2(H2)/c(H2O)，K2= c(CO2)c(H2)/c(H2O)c(CO)，K3=1/ c(CO2)，K= c2(H2)/c2(H2O)，则K= K1·K2·K3，故答案为：-90.3；K1·K2·K3；

②A、该反应为放热反应，降低体系的温度，平衡向着正向移动，可以提高氢气的产率，故A正确；

B、该反应为气体体积不变的反应，压缩容器的体积增大了压强，平衡不移动，氢气的产率不变，故B错误；

C、CaO为固体，增加CaO的量平衡不移动，氢气的产率不变，故C错误；

D、选用适当的催化剂可以改变反应速率，但是不影响化学平衡，氢气的产率不变，故D错误。

故答案为：A