Question

【题目】甲醇是一种新型燃料，工业上一般以CO和H2为原料合成甲醇，该反应的热化学方程式为：CO(g)+2H2(g)CH3OH(g) △H1=-116kJ/mol

(1)已知：CO(g)+O2(g)=CO2 (g) △H2=-283kJ/mol

H2(g) +O2(g)=H2O (g) △H1=-242kJ/mol

则表示1mol气态甲醇完全燃烧生成CO2和水蒸气时的热化学方程式：________________

(2)在容积为1L的恒容容器中，分别研究在230℃、250℃、270℃三种温度下合成甲醇的规律。如图是上述三种温度下不同的H2和CO的起始组成比（起始时CO的物质的量均为1mol）与CO平衡转化率的关系。

请回答:

①在上述三种温度中，曲线Z对应的温度是_________

②利用图中a点对应的数据，计算出曲线Z在对应温度下CO(g)+2H2(g)=CH3OH(g)的平衡常数 K=_________。

③下列既能提高上述反应中 CO 的平衡转化率，又能增大反应速率的是____（填标号）。

a.增大压强 b.降低温度 c.增大H2浓度 d.加高效催化剂

④若上述反应在某恒温恒容容器中发生，能说明该反应达到平衡的是____（填标号）。

a.气体平均相对分子质量保持不变 b.△H1保持不变

c.保持不变 d.气体密度保持不变

(3)在某温度下，将一定量的CO和H2投入10L的密闭容器中，5min时达到平衡，各物质的物质的浓度(mol/L)变化如下表所示：

	0min	5min	10min
CO	0.1		0.05
H2	0.2		0.2
CH3OH	0	0.04	0.05

若5min～10min只改变了某一条件，所改变的条件是______________。

Answer 1

【答案】CH3OH(g)+O2(g)=CO2(g)+2H2O(g) △H1=-651kJ/mol 270℃ 4 ac ac 增加了H2的物质的量(或增大了H2的浓度)

【解析】

(1)根据盖斯定律，将已知的热化学方程式加减，可得待求的热化学方程式；

(2)①合成甲醇的反应是放热反应，根据温度对平衡移动的影响分析判断反应温度；

②根据平衡常数的含义，结合a点时CO的转化率计算平衡常数；

③根据外界条件对化学反应速率和化学平衡移动的影响分析判断；

④根据化学反应特点，结合反应达到平衡时，任何物质的浓度不变，物质的量不变等分析判断；

(3)根据5min和10min时各物质浓度的变化来确定改变条件。

(1)①CO(g)+2H2(g)CH3OH(g) △H1=-116kJ/mol；

②CO(g)+O2(g)=CO2 (g) △H2=-283kJ/mol

③H2(g) +O2(g)=H2O(g) △H1=-242kJ/mol

根据盖斯定律，将①-②-③×2，整理可得CH3OH(g)+O2(g)=CO2(g)+2H2O(g) △H1=-651kJ/mol；

(2)①CO(g)+2H2(g)CH3OH(g) △H1=-116kJ/mol的正反应是放热反应，在n(H2)：n(CO)不变时，升高温度，化学平衡向吸热的逆反应方向移动，使CO的转化率降低。根据图示可知Z对应的CO转化率最低，说明反应温度最高，为270℃；

②a点时，CO转化率50%，反应消耗了1mol×50%=0.5molCO，消耗氢气1mol，剩余0.5molCO，n(H2)=1.5mol-1mol=0.5mol，同时生成0.5mol甲醇。由于容器的容积是1L，所以a点各组分的浓度是：c(CH3OH)=0.5mol/L，c(CO)=0.5mol/L，c(H2)=0.5mol/L，则该温度下是化学平衡常数K==4L2mol-2；

③a.反应混合物都是气体，增大压强，物质的浓度增大，化学反应速率加快；由于该反应的正反应是气体体积减小的反应，所以增大压强，化学平衡正向移动，CO转化率提高，a符合题意；

b.降低温度化学反应速率会降低，b不符合题意；

c.增大H2浓度，化学反应速率加快，反应物有两种，所以增大反应物H2的浓度，化学平衡正向移动，CO转化率增大，c符合题意；

d.加高效催化剂，只能加快反应速率，而不能是平衡发生移动，因此CO的转化率不变，d不符合题意；

故合理选项是ac；

④a.该反应是反应气体气体体积改变的反应，气体的质量不变，若达到平衡，气体的物质的量不变，气体平均相对分子质量保持不变，故可以据此判断反应处于平衡状态，a正确；

b.反应物△H1始终保持不变，与反应程度无关，不能据此判断反应是否处于平衡状态，b错误；

c.若反应达到平衡，则反应体系中的任何物质的浓度不变，则保持不变，故可以据此判断反应处于平衡状态，c正确；

d.反应混合物都是气体，气体的质量不变，容器的容积不变，因此任何情况下气体的密度都不变，所以不能根据气体密度保持不变判断反应是否处于平衡状态，d错误；

故合理选项是ac；

(3)反应达到平衡时，根据反应方程式可知各物理量之间的关系式可知，在5min时，c(CO)=0.1mol/L-0.04mol/L=0.06mol/L，c(H2)=0.2mol/L-0.08mol/L=0.12mol/L，10min时，c(CO)减小，c(H2)增大，c(CH3OH)增大，则平衡向正反应方向移动，而氢气浓度却增大，所以改变的物理量是增加氢气的物质的量或增加氢气的浓度。