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，己知常温常压下下列反应的能量关系如图：

则CO2与H2反应生成液态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)； △H1>0

II.CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)； △H2<0

将1.0molCH4 和3.0molH2O (g)通入反应室（容积为100L）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 图中的P1___P2（填“<”、“>”或“=”) ，判断的理由是________________。

② 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______（填序号）。

A．生成CH3OH 的速率与消耗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

③在某温度下，将一定量的CO和H2投入10L的密闭容器中发生反应II，5min时达到平衡，各物质的物质的浓度（mol· L-1）变化如下表所示：

	2min	5min	10min
CO	0.07	0.06	0.05
H2	0.14	0.12	0.20
CH3OH	0.03	0.04	0.05

若5min时只改变了某一条件，则所改变的条件是_______________。

Answer 1

【答案】(11分）(l)CO2(g)+3H2(g)=CH30H(l)+H2O(l） △H=-50kJ/mo1；(2）①＜；该反应为反应前后气体体积增大的反应，温度相同时，压强越大，CH4的转化率越小，压强为P1的CH4的转化率高，所以P1<P2( 2 分）；② c、d；③ 加了lmol氢气。

【解析】

试题分析：（1）图1中的热化学方程式为①CO(g)+H2O(l)=CO2(g)+H2(g) △H=-41kJ/mol，②CO(g)+ 2H2(g)=CH3 OH(l) △H= -（510-419）kJ/mol=-91KJ/mol，依据盖斯定律②-①得：二氧化碳和氢气制备甲醇的热化学方程式：CO2(g)+3H2(g)=CH30H(l)+H2O(l） △H=-50kJ/mo1；（2）将1.0mol CH4和2.0mol H2O(g)通入容积固定为100L的反应室，在一定条件下发生反应I，由图象可知T1℃甲烷转化率为50%，故参加反应的甲烷为1mol×50%=0.5mol，则：

CH4(g)+H2O(g) CO(g)+3H2(g)； △H1>0

起始量（mol）：1.0 3.0 0 0

变化量（mol）：0.5 0.5 0.5 1.5

平衡量（mol）：0.5 2.5 0.5 1.5

①该反应正方向为体积增大的方向，相同温度下，增大压强，甲烷的转化率减小，由图可知，相同温度下，P2的转化率比P1小，说明P1＜P2；原因是该反应正方向为体积增大的方向，相同温度下，压强越大甲烷的转化率减小；② a．生成CH3OH的速率与消耗CO的速率均为正反应速率，不能判断平衡状态，错误；b．混合气体的体积始终保持不变，质量守恒，所以混合气体的密度始终不变，所以不能判断平衡状态，错误；c．该反应为气体的物质的量减少的反应，混合气体的总物质的量不变，说明反应达到平衡状态，正确；d．CH3OH、CO、H2的浓度都不再发生变化，说明反应达到平衡状态，正确；③反应达到平衡时，根据反应方程式知各物理量之间的关系式知，c(CO)=0.06mol/L，c(H2) =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，但氢气浓度增大，所以改变的物理量是增大了氢气的浓度，氢气浓度增大了0.2mol/L-0.12mol/L+0.02mol/L=0.1mol/L，则加入的氢气的物质的量为10L×0.1mol/L=1mol；即5min时只改变了某一条件，所改变的条件是增加1molH2。