Question

煤的液化是把固体煤炭通过化学加工过程，使其转化成为液体燃料、化工原料和产品的先进洁净煤技术，其中合成CH₃OH 是最重要的研究方向之一．

（1）在2L的密闭容器中，由CO₂和H₂合成甲醇CO₂（g）+3H₂（g）═CH₃OH（g）+H₂O（g），在其他条件不变的情况下，探究温度对反应的影响，实验结果如图1所示（注：T₂＞T₁均大于300℃）．
①温度为T₂时，从反应开始到平衡，生成甲醇的平均反应速率为

 

②通过分析图1，可以得出温度对反应CO₂（g）+3H₂（g）═CH₃OH（g）+H₂O（g）的影响可以概括为

 

③下列情形能说明上述反应已达到平衡状态的是

 

a．体系压强保持不变．   
b．密闭容器中CO₂、H₂、CH₃OH（g）、H₂O（g）4种气体共存
c．CH₃OH与H₂物质的量之比为1：3．      
d．每消耗1mol CO₂的同时生成3molH₂
④已知H₂（g）和CH₃OH（l）的燃烧热△H分别为-285.8kJ?mol^-1和-726.5kJ?mol^-1，写出由CO₂和H₂生成液态甲醇和液态水的热化学方程式

 

．
（2）在容积可变的密闭容器中，由CO和H₂合成甲醇CO（g）+2H₂（g）═CH₃OH（g），CO在不同温度下的平衡转化率与压强的关系如图2所示．
①该反应的平衡常数表达式为K=

 

，250℃、0.5×10⁴kPa下的平衡常数

 

 300℃、1.5×10⁴kPa下的平衡常数（填“＞”、“＜”或“=”）
②工业实际生产中，该反应条件控制在250℃、1.3×10⁴kPa左右，选择此压强而不选择更高压强的理由是

 

③在图2中画出350℃时CO的平衡转化率随压强变化的大致曲线．

Answer 1

分析：（1）①根据反应速率v=

△c

△t

来计算即可；
②温度能加快化学反应速率，能使化学平衡向着吸热方向进行；
③根据化学平衡状态的特征：逆、定、动、变、等来回答判断；
④根据燃烧热的概念以及盖斯定律来计算化学反应的焓变；
（2）①根据K=

产物平衡浓度系数次幂之积

反应物平衡浓度系数次幂之积

来书写K的表达式 温度对K的影响和反应的吸放热情况有关来回答；
②根据压强对化学反应速率以及化学平衡移动的影响知识结合实际生产过程来回答；
③反应是放热反应，升高温度，平衡逆向进行．

解答：解：（1）①温度为T₂时，从反应开始到平衡，生成甲醇的平均反应速率v=

△c

△t

=

n(B)mol 2L

tB

=

nB

2tB

mol/（L?min），故答案为：

nB

2tB

mol/（L?min）；
②温度能加快化学反应速率，能使化学平衡向着吸热方向进行，T₂＞T₁，根据图一，温度升高，甲醇的物质的量减小，所以平衡逆向移动，即所以当其他条件一定时，对于该化学反应：CO₂（g）+3H₂（g）=CH₃OH（l）+H₂O（l），升高温度，反应速率加快；当其他条件一定时，升高温度，平衡逆向移动，
故答案为：当其他条件一定时，升高温度，反应速率加快；当其他条件一定时，升高温度，平衡逆向移动；
③a．该反应是一个反应前后气体系数和变化的反应，当体系压强保持不变，证明达到平衡，故a正确； 
b．密闭容器中CO₂、H₂、CH₃OH（g）、H₂O（g）4种气体共存，只能证明是一个可逆反应，不能证明是平衡状态，故b错误；
c．CH₃OH与H₂物质的量之比为1：3，不能证明达平衡状态，故c错误；     
d．每消耗1mol CO₂的同时生成3molH₂，能证明正逆反应速率相等，故d正确；
故答案为：ad；
④由H₂（g）的燃烧热△H为-285.8kJ?mol^-1知，1molH₂（g）完全燃烧生成1molH₂O（l）放出热量285.8kJ，即①H₂（g）+

1

2

O₂（g）=H₂O（l）△H=-285.8kJ?mol^-1
②CH₃OH（l）+

1

2

O₂（g）=CO₂（g）+2 H₂O（l）△H=-726.5kJ?mol^-1，由盖斯定律可知，3×①-②得CO₂（g）+3H₂（g）CH₃OH（l）+H₂O（l）△H=-130.9 kJ?mol^-1，故答案为：CO₂（g）+3H₂（g）=CH₃OH（l）+H₂O（l）△H=-130.9 kJ?mol^-1；
（2）①反应CO（g）+2H₂（g）═CH₃OH（g）的平衡常数K=

c(CH3OH)

c(CO)?c2(H2)

，根据CO在不同温度下的平衡转化率与压强的关系图2，可以知道该反应是一个放热反应，所以升高温度，平衡常数减小，压强大小和平衡常数之间无关，即250℃、0.5×10⁴kPa下的平衡常数大于300℃、1.5×10⁴kPa下的平衡常数，
故答案为：

c(CH3OH)

c(CO)?c2(H2)

；＞；
②根据CO在不同温度下的平衡转化率与压强的关系图2，可以知道在1.3×10⁴kPa下，CO的转化率已经很高，如果增加压强CO的转化率提高不大，而生产成本增加，得不偿失，故答案为：在1.3×10⁴kPa下，CO的转化率已经很高，如果增加压强CO的转化率提高不大，而生产成本增加，得不偿失；
③该反应是一个放热反应，所以升高温度，平衡常数减小，350℃时CO的平衡转化率小于恒压下300℃时CO的平衡转化率，即350℃时CO的平衡转化率随压强变化的大致曲线
随压强变化的大致曲线为：，故答案为：．

点评：本题目综合考查学生对化学平衡移动的影响、化学平衡状态的判断、以及化学平衡的计算知识，属于综合知识的考查，难度大．