Question

【题目】2018年，美国退出了《巴黎协定》实行再工业化战略，而中国却加大了环保力度，生动诠释了我国负责任的大国形象。近年我国大力加强温室气体CO2催化氢化合成甲醇技术的工业化量产研究，实现可持续发展。

(1)已知：CO2(g)+H2(g)H2O(g) +CO(g)　 ΔH1 = +41.1 kJmol－1

CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)　 ΔH2=－90.0 kJmol－1

则CO2催化氢化合成甲醇的热化学方程式：______________________。

(2)工业上一般在恒容密闭容器中可以采用下列反应合成甲醇：CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)。判断反应达到平衡状态的依据是(填字母序号)________.

A.生成CH3OH的速率与消耗CO的速率相等 B.混合气体的密度不变

C.混合气体的相对平均分子质量不变 D.CH3OH、CO、H2的浓度都不再发生变化

(3)如表所列数据是反应在不同温度下的化学平衡常数(K)

温度℃	250	300	350
K	2.041	0.270	0.012

①该反应的化学平衡常数表达式为K＝_____。

②由表中数据判断该反应的△H_____0(填“＞”、“=”或“＜”)；

③某温度下，将2molCO和6molH2充入2L的密闭容器中，充分反应后，达到平衡时测得c(CO)=0.2mol/L，则此时的温度为___________℃。

(4)要提高CO的转化率，可以采取的措施是(填字母序号)__________________.

a.增加CO的浓度 b.加入催化剂 c.升温 d.加入H2 e.加入惰性气体 f.分离出甲醇

(5)在一定条件下，CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g) ΔH＝-49.0 kJ·mol－1体系中CO2的平衡转化率()与L和X的关系如图所示，L和X分别表示温度或压强。

①X表示的物理量是_____。

②判断L1与L2的大小关系：L1_____L2(填“<”，“=”或“>”)，并简述理由：____________________。

Answer 1

【答案】CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g) + H2O(g) ΔH =-48.9 kJ·mol-1 CD K＝ < 250 d、f 温度 L1>L2 温度一定时，增大压强，CO2平衡转化率增大

【解析】

（1）根据盖斯定律书写热化学方程式并计算反应热；

（2）达到平衡状态时，正反应速率等于逆反应速率，各物质的浓度、物质的量等不随时间的变化而变化，据此分析判断；

（3）①平衡常数为生成物浓度幂之积与反应物浓度幂之积的比值；

②根据表格中数据的变化关系确定该反应是吸热还是放热；

③根据三段法确定平衡时各物质的浓度，计算出平衡常数，进一步确定反应所处的温度；

（4）要提高CO的转化率，只需让反应平衡正向移动，由此分析判断；

（5）①由图象可知，CO2的转化率逐渐减小，根据温度或压强对平衡移动的影响进行分析；

②X代表温度，L表示压强，该反应为体积缩小的反应，温度一定时，增大压强，平衡正向移动，CO2平衡转化率增大。

（1）①CO2(g)+H2(g)H2O(g) +CO(g)　 ΔH1 = +41.1 kJmol－1

②CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)　 ΔH2=－90.0 kJmol－1

根据盖斯定律可知反应①+反应②可得CO2催化氢化合成甲醇的热化学方程式：CO2(g)+3H2(g)H2O(g)+CH3OH(g) ΔH =-48.9 kJ·mol-1；

（2）A. 生成CH3OH的速率与消耗CO的速率相等，不能证明正反应速率等于逆反应速率，因此不能证明反应达到平衡状态，A项错误；

B.该反应中气体的重质量不变，容器为恒容的密闭容器，体积不变，因此混合气体的密度始终不变，因此混合气体的密度不变，不能证明反应达到平衡状态，B项错误；

C. 该反应为气体的物质的量减少的反应，气体的总质量不变，因此当混合气体的相对平均分子质量不变时，反应达到了平衡状态，C项正确；

D. CH3OH、CO、H2的浓度都不再发生变化时，证明反应达到平衡状态，D项正确；

答案选CD；

（3）①根据平衡常数的定义可知，该反应的平衡常数表达式为K＝；

②由表格中数据可知，随着温度的升高.平衡常数逐渐减小，因此该反应为放热反应，即△H＜0；

③根据已知条件可知：

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

平衡常数K===2.041，与表格中数据对比可知，该反应的温度为250℃；

（4）a. 增加CO的浓度，平衡正向移动，但CO的转化率减小，a项错误；

b. 加入催化剂，反应速率加快，但平衡不移动，b项错误；

c. 该反应为放热反应，升高温度，平衡逆向移动，c项错误；

d. 加入H2，平衡正向移动，CO的转化率增大，d项正确；

e. 加入惰性气体，虽增大了压强，但容器的容积不变，各物质的浓度不发生变化，平衡不移动，CO的转化率不变，e项错误；

f. 分离出甲醇，减少了生成物的浓度，平衡正向移动，CO的转化率增大，f项正确；

答案选d、f；

（5）①由图象可知，CO2的转化率逐渐减小，该反应为放热反应，升高温度，平衡逆向移动，CO2的转化率逐渐减小，因此Xspan>代表温度，L表示压强；

②X代表温度，L表示压强，该反应为体积缩小的反应，温度一定时，增大压强，平衡正向移动，CO2平衡转化率增大。因此L1>L2。

化学反应	mA(g)＋nB(g)pC(g)＋qD(g)	是否平衡
正、逆反 应速率之 间的关系	①单位时间内消耗了m mol A，同时也生成了m mol A	平衡
	②单位时间内消耗了n mol B，同时也消耗了p mol C	平衡
	③v(A)∶v(B)∶v(C)∶v(D)＝m∶n∶p∶q	不一定平衡
	④单位时间内生成了n mol B，同时也消耗了q mol D	不一定平衡
混合气体的平均相对分子质量	①平均相对分子质量一定，且m＋n≠p＋q	平衡
	②平均相对分子质量一定，且m＋n＝p＋q	不一定平衡
气体密度(ρ)	①只有气体参加的反应，密度保持不变(恒容密闭容器中)	不一定平衡
	②m＋n≠p＋q时，密度保持不变(恒压容器中)	平衡
	③m＋n＝p＋q时，密度保持不变(恒压容器中)	不一定平衡