Question

【題目】甲醇是一種重要的可再生能源。

（1）已知2CH4(g)+O2(g)=2CO(g) +4H2(g) ΔH=akJ/mol

CO(g) +2H2(g)=CH3OH(g) ΔH=bkJ/mol

試寫出由CH4和O2制取甲醇蒸氣的熱化學方程式：____。

（2）還可以通過下列反應制備甲醇：CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)。甲圖是反應時CO和CH3OH(g)的濃度隨時間的變化情況。從反應開始到達平衡，用H2表示平均反應速率v(H2)=_______。

（3）在一容積可變的密閉容器中充入1 molCO和2mol H2，CO的平衡轉化率隨溫度（T）、壓強（P）的變化如乙圖所示。

①下列說法能判斷該反應達到化學平衡狀態的是____。（填字母）

A．H2的消耗速率等于CH3OH的生成速率的2倍

B．H2的體積分數不再改變

C．體系中H2的轉化率和CO的轉化率相等

D．體系中氣體的平均摩爾質量不再改變

②比較A、B兩點壓強大小PA___PB（填“＞、＜、=”）。

③若達到化學平衡狀態A時，容器的體積為2L。如果反應開始時仍充入1molCO和2molH2，則在平衡狀態B時容器的體積V(B)=___L。

Answer 1

【答案】2CH4(g) ＋O2(g)= 2CH3OH(g) ΔH=(a＋b) kJ/mol 0.15molL－1min－1 BD ＜ 0.4

【解析】

⑴已知2CH4(g) ＋O2(g)=2CO(g) ＋4H2(g) ΔH=akJ/mol

CO(g) ＋2H2(g)=CH3OH(g) ΔH=bkJ/mol

將兩個方程式相加之和，得到2CH4(g) ＋O2(g)= 2CH3OH(g) ΔH=(a＋b) kJ/mol，故答案為2CH4(g) ＋O2(g)= 2CH3OH(g) ΔH=(a＋b) kJ/mol；

⑵甲圖反應時CO物質的量濃度從0.90 mol/L變到0.15 mol/L，濃度改變量為0.75mol/L，H2濃度改變量為1.5 mol/L，H2的平均反應速率

故答案為0.15molL－1min－1；

⑶①A選項，H2的消耗速率正向，CH3OH的生成速率正向，兩個同方向，不能作為平衡的標志，故A錯誤；

B選項，H2的體積分數不再改變，能作為判斷平衡的標志，故B正確；

C選項，體系中H2的轉化率和CO的轉化率始終相等，沒有變化，因此不能作為判斷平衡的標志，故C錯誤；

D選項，，氣體質量不變，氣體的物質的了減小，摩爾質量增大，能作為判斷平衡的標志，故D正確；

綜上所述，答案為BD；

②從A到B，轉化率變大，說明正向移動，正向為體積減小的反應，說明是加壓，即PA小于PB，故答案為＜；

③A、B兩點溫度相同，壓強不同，要求B點的容器體積，則通過平衡常數不變來求，在A點：

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

起始量 1 mol 2 mol 0

轉化量 0.5 mol 1 mol 0.5 mol

平衡量 0.5 mol 1 mol 0.5 mol

在B點，設體積為V L，

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

起始量 1 mol 2 mol 0

轉化量 0.8 mol 1.6 mol 0.8 mol

平衡量 0.2 mol 0.4 mol 0.8 mol

V= 0.4 L

故答案為0.4。