Question

【题目】能源问题是人类社会面临的重大课题，甲醇是未来重要的绿色能源之一。

（1）利用工业废气 CO2 可制取甲醇。 下列两个反应的能量关系如图：

则 CO2与 H2 反应生成 CH3OH 的热化学方程式为_______________________。

（2）CH4 和 H2O(g)通过下列转化也可以制得 CH3OH；

I． CH4(g)+H2O(g) CO(g)+3H2(g) 　△H>0

II． CO(g)+2H2(g) CH3OH(g) 　　△H<0

将 1.0 mol CH4和 3.0 mol H2O(g)通入反应室(容积为 100 L)中，在一定条件下发生反应 I， CH4 的转化率与温度、压强的关系如下图所示：

①已知压强 p1， 温度为 100 ℃时反应 I 达到平衡所需的时间为 5 min，则用 H2表示的平均反应速率为______________；

②图中的 p1_______p2(填“<”、 “>”或“=”)，判断的理由是________________________。

③若反应 II 在恒容密闭容器进行，下列能判断反应 II 达到平衡状态的是_________(填字母)。

a.CH3OH 的生成速率与消耗 CO 的速率相等

b.混合气体的密度不变

c混合气体的总物质的量不变

d．CH3OH、CO、H2的浓度都不再发生变化

④ 在某温度下，将一定量的CO和 H2投入10 L 的密闭容器中发生反应 II， 5 min 时达到平衡，各物质的物质的浓度(mol·L ﹣1)变化如下表所示：

若 5 min 时只改变了某一条件，则所改变的条件是_____________； 10 min 时测得各物质浓度如上表，此时 v正_______v逆(填“<”、 “>”或“=”)。

Answer 1

【答案】 CO2(g)+3H2(g)=CH3OH(l)+H2O(l) △H=-50kJ/mol 0.003mol/(L·min) < 该反应为反应前后气体分子数增大的反应，温度相同时，增大压强，平衡向左移动，CH4的平衡转化率越小 cd 向容器中充入1molH2 >

【解析】(1)根据能量变化图象，可写出反应的热化学方程式为①CO(g)+H2O(l)===CO2(g)+H2(g) △H1= -41KJ/mol，②CO(g)+2H2(g) === CH3OH(l) △H2=419KJ/mol-510KJ/mol= -91KJ/mol，由盖斯定律②-①即得CO2(g)+3H2(g) === CH3OH(l)+H2O(l) △H=△H2-△H1= -50KJ/mol；

(2)①由图象可知在压强p1，温度为100 ℃时，反应I 达到平衡CH4 的转化率为50%，则生成H2的物质的量为1.0 mol×50%×3=1.5mol，则用H2表示的平均反应速率为= =0.003 mol/(L·min)；

②在同一温度下，p1时CH4的平衡转化率大于p2时的，结合反应I是一个气体体积增大的反应，所以减小压强，可使平衡正向移动，增大CH4的平衡转化率，因此可推知p1<p2；

③a、在反应开始进行后的任何时间段内，CH3OH的生成速率与消耗CO的速率都是相等的，所以a错误；b、由于容器体积不变，所以容器内混合气体的密度始终不变，故b错误；c、由于反应前后气体总物质的量减小，所以当混合气体的总物质的量不变时，说明反应已达平衡，故c正确；d、CH3OH、CO、H2的浓度都不再发生变化，说明反应已达平衡，故d正确。本题正确答案为cd。

④已知表中数据，从5 min到10 min，CO的浓度减小了0.01mol/L，CH3OH的浓度增大了0.01mol/L，说明平衡正向移动，按照反应系数之间的关系，反应物H2的浓度应减小0.02mol/L，即为0.10mol/L，可实际上H2的浓度为0.20mol/L，即增大了0.1mol/L，说明5 min时改变的条件是向容器中充入了1mol的H2；由于增大了反应物的浓度，使平衡正向移动，则v正>v逆。