Question

【题目】I 工业上已经实现CO2与H2反应合成甲醇。在一恒温、恒容密闭容器中充入2molCO2和6molH2，一定条件下发生反应：CO2(g)+3H2(g) CH3OH(g)+H2O(g)。测得CO2和CH3OH(g)的浓度随时间变化如下图所示。 请回答：

（1） 在前10min内，用CO2浓度的变化表示的反应速率(CO2)=________mol·L－1·min－1。

（2）10min时体系的压强与开始时压强之比为______。

（3）该温度下，反应的化学平衡常数数值是__________。

Ⅱ氢气是一种理想的绿色能源，利用生物质发酵得到的乙醇制取氢气，具有良好的应用前景。乙醇水蒸气重整制氢的部分反应过程如1图所示：

已知：反应I和反应II的平衡常数随温度变化曲线如图2所示。

（4）反应I中，1molCH3CH2OH(g)参与反应后的热量变化是256kJ

①H2O的电子式是______

②反应I的热化学方程式是_________________________________

（5）反应II，在进气比[n(CO)：n(H2O)不同时，测得相应的CO的平衡转化率见图3(各点对应的反应温度可能相同，也可能不同)

①图中D、E两点对应的反应温度分别为TD和TE。判断：TD______TE (填“>”“< ” 或“=”)

②经分析，A、E和G三点对应的反应温度相同，其原因是A、E和G三点对应的______相同。

③当不同的进气比达到相同的CO平衡转化率时，对应的反应温度和进气比的关系是_________________。

Answer 1

【答案】0.075 5:8 5.3 < 化学平衡常数 进气比越大，反应温度越低

【解析】

（1）V=△c/△t计算

（2）气体压强之比等于气体物质的量之比计算；

（3）根据化学平衡常数的定义求解；

（4）①水为共价化合物，据此进行分析；

②根据热化学方程式的书写方法可知，化学计量数与反应热成正比，并注意标明物质的聚集状态，根据燃烧热的概念结合热化学方程式的书写来回答；

③由图可知，当CO的转化率相同时，温度由低到高对应的进气比为0.5、1、1.5，由此可确定温度与进气比的关系；

I. CO2（g）+3H2（g）CH3OH（g）+H2O（g）

起始量（mol·L－1） 1 3 0 0

起始量（mol·L－1） 0.75 2.25 0.75 0.75

平衡量（mol·L－1） 0.25 0.75 0.75 0.75

（1） 在前10min内，用CO2浓度的变化表示的反应速率(CO2)=0.75mol·L－1÷10min=0.075mol·L－1·min－1。

（2）容器内的平衡压强与起始压强之比=气体物质的量之比=（0.25+0.75+0.75+0.75）×2：8=5：8；

（3）该温度下，反应的化学平衡常数数值是=0.752÷(0.753×0.25)=5.3；。

Ⅱ（4）①水为共价化合物，故水的电子式为：，

②反应I的热化学方程式是CH3CH2OH（g）+H2O（g）═4H2（g）+2CO（g）△H=+256 kJ·mol－1；

（5）①已知CO（g）+H2O（g）CO2（g）+H2（g）△H=-42kJ·mol－1，反应为放热反应，升温平衡逆向进行，CO转化率减小，图中D、E两点对应的反应温度分别为TD和TE．D点CO转化率大于E点CO转化率，说明TD＜TE ；

②E点平衡常数

CO（g）+H2O（g）CO2（g）+H2（g）

起始量 1 1 0 0

变化量 0.5 0.5 0.5 0.5

平衡量 0.5 0.5 0.5 0.5

K=1

A点平衡常数

CO（g）+H2O（g）CO2（g）+H2（g）

起始量 1 2 0 0

变化 2/3 2/3 2/3 2/3

平衡 1/3 4/3 2/3 2/3

K=1

G点平衡常数

CO（g）+H2O（g）CO2（g）+H2（g）

起始量 3 2 0 0

变化量 1.2 1.2 1.2 1.2

平衡量 18 0.8 1 2 1.2

K=(1.2×1.2) ÷(1.8×0.8)=1，

故与图2中E点对应的反应温度相同的为A、G，A、E和G三点对应的反应温度相同，其原因是A、E和G三点对应的化学平衡常数相同；

③由图可知，当CO的转化率相同时，温度由低到高对应的进气比为0.5、1、1.5，进气比越高达到相同转化率所需的温度越低。