Question

【题目】甲醇是一种重要的可再生能源。

（1）已知2CH4(g)+O2(g)=2CO(g) +4H2(g) ΔH=akJ/mol

CO(g) +2H2(g)=CH3OH(g) ΔH=bkJ/mol

试写出由CH4和O2制取甲醇蒸气的热化学方程式：____。

（2）还可以通过下列反应制备甲醇：CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)。甲图是反应时CO和CH3OH(g)的浓度随时间的变化情况。从反应开始到达平衡，用H2表示平均反应速率v(H2)=_______。

（3）在一容积可变的密闭容器中充入1 molCO和2mol H2，CO的平衡转化率随温度（T）、压强（P）的变化如乙图所示。

①下列说法能判断该反应达到化学平衡状态的是____。（填字母）

A．H2的消耗速率等于CH3OH的生成速率的2倍

B．H2的体积分数不再改变

C．体系中H2的转化率和CO的转化率相等

D．体系中气体的平均摩尔质量不再改变

②比较A、B两点压强大小PA___PB（填“＞、＜、=”）。

③若达到化学平衡状态A时，容器的体积为2L。如果反应开始时仍充入1molCO和2molH2，则在平衡状态B时容器的体积V(B)=___L。

Answer 1

【答案】2CH4(g) ＋O2(g)= 2CH3OH(g) ΔH=(a＋b) kJ/mol 0.15molL－1min－1 BD ＜ 0.4

【解析】

⑴已知2CH4(g) ＋O2(g)=2CO(g) ＋4H2(g) ΔH=akJ/mol

CO(g) ＋2H2(g)=CH3OH(g) ΔH=bkJ/mol

将两个方程式相加之和，得到2CH4(g) ＋O2(g)= 2CH3OH(g) ΔH=(a＋b) kJ/mol，故答案为2CH4(g) ＋O2(g)= 2CH3OH(g) ΔH=(a＋b) kJ/mol；

⑵甲图反应时CO物质的量浓度从0.90 mol/L变到0.15 mol/L，浓度改变量为0.75mol/L，H2浓度改变量为1.5 mol/L，H2的平均反应速率

故答案为0.15molL－1min－1；

⑶①A选项，H2的消耗速率正向，CH3OH的生成速率正向，两个同方向，不能作为平衡的标志，故A错误；

B选项，H2的体积分数不再改变，能作为判断平衡的标志，故B正确；

C选项，体系中H2的转化率和CO的转化率始终相等，没有变化，因此不能作为判断平衡的标志，故C错误；

D选项，，气体质量不变，气体的物质的了减小，摩尔质量增大，能作为判断平衡的标志，故D正确；

综上所述，答案为BD；

②从A到B，转化率变大，说明正向移动，正向为体积减小的反应，说明是加压，即PA小于PB，故答案为＜；

③A、B两点温度相同，压强不同，要求B点的容器体积，则通过平衡常数不变来求，在A点：

CO(g)+ 2H2(g) CH3OH(g)

起始量 1 mol 2 mol 0

转化量 0.5 mol 1 mol 0.5 mol

平衡量 0.5 mol 1 mol 0.5 mol

在B点，设体积为V L，

CO(g)+ 2H2(g) CH3OH(g)

起始量 1 mol 2 mol 0

转化量 0.8 mol 1.6 mol 0.8 mol

平衡量 0.2 mol 0.4 mol 0.8 mol

V= 0.4 L

故答案为0.4。