Question

12．甲醇与水蒸气催化重整可获得清洁能源，具有广泛的应用前景，现有如下实验：在体积为1L的密闭容器中，充入1mol CH₃OH和1mol H₂O，一定条件下发生反应：
CH₃OH （g）+H₂O （g）?CO₂（g）+3H₂ （g），测得CO₂和CH₃OH（g）的浓度随时间变化如下表所示．

时间 物质	0 min	10 min	30 min	60 min	70 min
CO2（mol/L）	0	0.2	0.6	0.8	0.8
CH3OH（mol/L）	1.0	0.8	0.4	0.2	0.2

（1）已知：CH₃OH（g）+$\frac{1}{2}$O₂ （g）?CO₂（g）+2H₂ （g）△H₁=-192.9kJ/mol   K₁
H₂（g）+O₂（g）?H₂ O（g）△H₂=-120.9kJ/mol K₂
则甲醇与水蒸气催化重整反应的焓变△H₃=-72.0kJ/mol．
（2）10～30 min内，氢气的平均反应速率v（H₂）=0.06mol/（L•min）．
（3）该反应的平衡常数表达式为K=$\frac{{K}_{1}}{{K}_{2}}$．
（4）下列措施中能使平衡时$\frac{n（C{H}_{3}OH）}{n（C{O}_{2}）}$）减小的是（双选）CD．
A．加入催化剂
B．恒容充入He（g），使体系压强增大
C．将H₂（g）从体系中分离
D．再充入1molH₂O．

Answer 1

分析 （1）依据热化学方程式和盖斯定律计算得到所需热化学方程式得到反应焓变；
（2）依据反应速率概念计算，v=$\frac{△c}{△t}$计算得到二氧化碳的反应速率，结合反应速率之比等于化学方程式计量数之比计算得到氢气反应速率；
（3）结合平衡常数概念书写反应的平衡常数表达式计算得到K和K₁、K₂的关系；
（4）为使甲醇与二氧化碳的物质的量比值增大，应使平衡向正反应方向移动，或增加甲醇的物质的量．

解答 解：（1）①CH₃OH （g）+$\frac{1}{2}$O₂ （g）?CO₂（g）+2H₂（g）?H₁=-192.9kJ/mol   K₁
②H₂（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）?H₂O（g）?H₂=-120.9kJ/mol   K₂
结合盖斯定律计算①-②得到甲醇与水蒸气催化重整反应的热化学方程式为：CH₃OH （g）+H₂O （g）?CO₂（g）+3H₂（g）△H₃=-72KJ/mol；
故答案为：-72.0kJ/mol； 
（2）10～30min内，二氧化碳的反应速率v（CO2）=$\frac{0.6mol/L-0.2mol/L}{30min-10min}$=0.02mol/L•min，氢气的平均反应速率v（H₂）=3v（CO₂）=0.06mol/L•min；
故答案为：0.06；
（3）K₁=$\frac{[C{O}_{2}]•[{H}_{2}]^{2}}{[C{H}_{3}OH]•[{O}_{2}]^{\frac{1}{2}}}$
K₂=$\frac{[{H}_{2}O]}{[{H}_{2}]•[{O}_{2}]^{\frac{1}{2}}}$
K₃=$\frac{[C{O}_{2}]•[{H}_{2}]^{3}}{[C{H}_{3}OH]•[{H}_{2}O]}$=$\frac{{K}_{1}}{{K}_{2}}$；
故答案为：$\frac{{K}_{1}}{{K}_{2}}$；
（3）CH₃OH （g）+H₂O （g）?CO₂（g）+3H₂（g），反应是气体体积增大的反应；
A、加入催化剂，平衡向不发生移动，甲醇与二氧化碳的物质的量比值不变，故A错误；
B、恒容充入He（g），使体系压强增大，分压不变，对反应物质没有影响，平衡不移动，二者比值不变，故B错误；
C、将H₂（g）从体系中分离，生成物的浓度减小，平衡向正反应方向移动，二者比值变大，故C正确；
D、再充入1mol H₂O，平衡向正方向移动，甲醇浓度增大，二者比值增大，故D正确．
故答案为：CD．

点评 本题主要考查化学反应速率、平衡图象、化学平衡常数、平衡状态的判断，难度中等，注意基础知识的理解掌握．