Question

【题目】甲醇是重要的化工原料，利用煤化工中生产的CO、CO2和H2可制取甲醇等有机物，发生的反应有：

①CO(g)+2H2(g)CH3OH(g) △H1=－99kJ·mol－1

②CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g) △H2

相关物质的化学键键能数据如下：

化学键	C=O（CO2）	H—H	C—O	H—O	C—H
E/（kJ·mol－1）	803	436	343	465	413

（1）该反应△H2=___________。

（2）关于反应①下列说法，正确的是___________。

A.该反应在任何温度下都能自发进行

B.升高温度，正反应速率增大，逆反应速率减小

C.使用催化剂，不能提高CO的转化率

D.增大压强，该反应的化学平衡常数不变

（3）在某温度下，将1.0moCO与2.0molH2充入2L的空钢瓶中，发生反应①，在第5min时达到化学平衡状态，此时甲醇的物质的量分数为0.1。在第10min、20min时分别改变反应条件，甲醇的浓度在不同条件下的变化状况如下图所示：

①从反应开始到5min时，生成甲醇的平均速率为___________。

②H2的平衡转化率α=___________%，化学平衡常数K=___________。

③1min时，υ正___________υ逆(填“大于”“小于”或“等于”)

④1mim时υ正___________4min时υ逆(填“大于”“小于”或“等于”)

⑤比较甲醇在7～8min、12～13min和25～27min时平均反应速率[平均反应速率分别以υ(7～8)、υ(12～13)、υ(25～27)表示的大小_________________________________。

③若将钢瓶换成同容积的绝热容器，重复上述试验，平衡时甲醇的物质的量分数___________0.1。(填“>”、“<”或“=”)

Answer 1

【答案】－63 kJ·mol－1 CD 0.025 mol·L－1·min－1 25 0.59 大于 大于 υ (12~13)＞υ(7~8)＝υ(25~27) ＜

【解析】

（1）反应热=反应物总键能-生成物总键能；

（2）A、△G=△H-T△S<0反应才能自发；B、升高温度，正逆反应速率均增大；C、使用催化剂，不改变平衡；D、平衡常数与温度有关；

（3）根据三段式解析。①由速率的定义式计算；②根据转化率和平衡常数表达式计算；③反应正向进行时，正速率大。④平衡之前，正速率大于逆速率；⑤平衡时平均速率为0；⑥绝热条件，放热反应发生后体系温度升高。

（1）CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)，该反应△H2=2×803kJ·mol－1+3×436kJ·mol－1-（3×413+343+465）kJ·mol－1-2×465kJ·mol－1=－63 kJ·mol－1 ；

（2）①CO(g)+2H2(g)CH3OH(g) △H1=－99kJ·mol－1

A.△H1=－99kJ·mol－1，△S<0，△G=△H-T△S，该反应在低温下可能自发进行，故A错误；

B.升高温度，正反应速率增大，逆反应速率也增大，故B错误；

C.使用催化剂，不改变平衡，不能提高CO的转化率，故C正确；

D.平衡常数与温度有关，增大压强，该反应的化学平衡常数不变，故D正确；

故选CD。

（3）根据题目数据计算如下：

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

起始/mol·L－1： 0.5 1 0

反应/mol·L－1： X 2X X

平衡/mol·L－1： 0.5-X 1-2X X

甲醇的物质的量分数为 =10%，所以 X=0.125mol·L－1。

①甲醇的速率为0.125mol·L－1÷5min=0.025 mol/(L·min)。

②由上述计算，反应的氢气为2×0.125 mol·L－1=0.25 mol·L－1，转化率为0.25 mol·L－1÷1 mol·L－1=25%。达平衡时CO、H2和CH3OH的物质的量浓度分别为：0.375mol·L－1、0.75mol·L－1和0.125mol·L－1，所以平衡常数K＝0.125/(0.375×0.752)＝0.59。

③1min时，没有达到平衡，甲醇的浓度增大，反应正向进行，υ正>υ逆；

④反应达平衡的速率图像如下图：

所以，在达平衡前任意点的正反应速率大于任意点的逆反应速率，即1min时的υ正(CH3OH)＞4min 时υ逆(CH3OH )。

⑤12～13min处于非平衡状态，反应速度大，甲醇在7～8min、25～27min处于平衡状态，平均反应速率为0，甲醇在7～8min、12～13min和25～27min时平均反应速率的大小：υ(12~13)＞υ(7~8)＝υ(25~27)；

⑥若将钢瓶换成同容积的绝热钢瓶，重复上述实验，则反应放出的热量不能散发，会使体系温度上升，正反应放热，温度升高，平衡逆向移动，甲醇体积分数将减小，所以小于0.1。