Question

【题目】煤气化和液化是现代能源工业中重点考虑的能源综合利用方案。最常见的气化方法为用煤生产水煤气，而当前比较流行的液化方法为用煤生产CH3OH。已知制备甲醇的有关化学反应及平衡常数如下：

①CO2(g)＋3H2(g) CH3OH(g)＋H2O(g) ΔH1＝－90.8 kJ·mol－1

②CO(g)＋H2O(g) CO2(g)＋H2(g) ΔH2＝－41.2 kJ·mol－1

③CO(g)＋2H2(g) CH3OH(g)　ΔH3

850 ℃平衡常数分别为K1＝160、K2＝243、K3＝160，甲醇可以与乙酸反应制香料CH3OH(l)＋CH3COOH(l) CH3COOCH3(l)＋H2O(l)。

(1)则反应ΔH3＝____________，制香料反应的K的表达式________________。

(2)由CO合成甲醇时，以下有关该反应的说法正确的是________(填字母)。

A．恒温、恒容条件下，若容器内的压强不发生变化，则可逆反应达到平衡

B．一定条件下，H2 的消耗速率是CO的消耗速率的2倍时，可逆反应达到平衡

C．使用合适的催化剂能缩短达到平衡的时间并提高CH3OH 的产率

D．某温度下，将2 mol CO和6 mol H2 充入2 L密闭容器中，充分反应，达到平衡后，测得c(CO)＝0.2 mol·L－1，则CO的转化率为80%

(3)850 ℃时，在密闭容器中进行反应①，开始时只加入CO2、H2，反应10 min后测得各组分的浓度如下表。比较正、逆反应的速率的大小：v正________(填“＞”“＜”或“＝”)v逆，该时间段内反应速率v(H2)＝____________________________________________________。

物质	H2	CO2	CH3OH	H2O
浓度/mol·L－1	0.2	0.2	0.4	0.4

(4)在一定条件下3 L恒容密闭容器中，充入一定量的H2和CO2仅发生反应①，实验测得反应物在不同起始投入量下，反应体系中CO2的平衡转化率与温度的关系曲线，如图1所示。

①H2和CO2的起始的投入量以A和B两种方式投入

A：n(H2)＝3 mol，n(CO2)＝1.5 mol，

B：n(H2)＝3 mol，n(CO2)＝2 mol，曲线Ⅰ代表哪种投入方式________(用A、B表示)。

②在温度为500 K的条件下，按照A方式充入3 mol H2和1.5 mol CO2，该反应10 min时达到平衡，在此条件下，系统中CH3OH的浓度随反应时间的变化趋势如图2所示，当反应时间达到3 min时，迅速将体系温度升至600 K，请在图2中画出3～10 min内容器中CH3OH浓度的变化趋势曲线。_____________________

Answer 1

【答案】 －132.0 kJ·mol－1 AD ＞ 0.12 mol·L－1·min－1 A

【解析】(1)①CO2(g)+3H2(g)═CH3OH(g)+H2 O(g)△H 1=-90.8KJ/mol，②CO(g)+H2O(g)═CO2(g)+H2(g)△H 2=-41.2kJ/mol，③CO(g)+2H2(g)═CH3OH(g)△H 3，依据盖斯定律计算①+②得到CO(g)+2H2(g)═CH3OH(g)△H 3=-132.0 kJ/mol，甲醇可以与乙酸反应制香料CH3OH(l)+CH3COOH(l)→CH3COOCH3(l)+H2O(l)平衡常数K=，故答案为：-132.0 kJ/mol； ；

(2)CO(g)+2H2(g)═CH3OH(g)△H 3=-132.0 kJ/mol，反应是气体体积减小的放热反应。A．反应前后气体体积变化，恒温、恒容条件下，若容器内的压强不发生变化，则可逆反应达到平衡，故A正确；B．一定条件下，H2 的消耗速率是CO的消耗速率的2倍时，表明反应正向进行，不能说明可逆反应达到平衡，故B错误；C．催化剂改变反应速率，不改变化学平衡，使用合适的催化剂能缩短达到平衡的时间，但不能提高CH3OH的产率，故C错误；D．某温度下，将2mol CO和6mol H2 充入2L密闭容器中，充分反应，达到平衡后，测得c (CO)=0.2molL-1，则CO的转化率=×100%=80%，故D正确；故答案为：AD；

(3)850℃平衡常数分别为k1=160，CO2(g)+3H2(g)═CH3OH(g)+H2 O(g)，浓度商Qc==100＜K=160，说明反应正向进行，v正＞v逆 ，

CO2(g)+3H2(g) CH3OH(g)+H2O(g)，

起始量(mol/L) 0.6 1.4 0 0

变化量(mol/L) 0.4 1.2 0.40.4

10min量(mol/L)0.2 0.2 0.4 0.4

该时间段内反应速率v(H2)= =0.12mol/(Lmin)，故答案为：＞；0.12mol/(Lmin)；

(4)①A：n(H2)=3mol，n(CO2)=1.5mol，B：n(H2)=3mol，n(CO2)=2mol，二者比较B相当于增大二氧化碳的量，转化率小于A，所以曲线 I代表A的投料，故答案为：A．

②在温度为500K的条件下，充入3mol H2和1.5mol CO2，该反应10min时达到平衡，二氧化碳的转化率是60%，

CO2(g)+3H2(g) CH3OH(g)+H2O(g)

初始浓度：0.5100

变化浓度：0.210.630.210.21

平衡浓度：0.290.370.210.21

当反应时间达到3min时，迅速将体系温度升至600K，则平衡正向进行，甲醇的浓度会增加，图象为，，故答案为：。