Question

【題目】運用化學反應原理知識研究如何利用CO、SO2等污染物有重要意義。

（1）用CO可以合成甲醇。已知：

①CH3OH(g)＋3/2O2(g)CO2(g)＋2H2O(l) ΔH＝－764.5 kJ·mol-1

②CO(g)＋1/2O2(g)CO2(g) ΔH＝－283.0 kJ·mol-1

③H2(g)＋1/2O2(g)H2O(l) ΔH＝－285.8 kJ·mol-1

則CO(g)＋2H2 (g)CH3OH(g) ΔH＝________ kJ·mol-1。

（2）下列措施中能夠增大上述合成甲醇反應的反應速率的是________(填寫序號)。

a. 使用高效催化劑 b. 降低反應溫度

c. 增大體系壓強 d. 不斷將CH3OH從反應混合物中分離出來

（3）在一定壓強下，容積為V L的容器中充入a mol CO與2a mol H2，在催化劑作用下反應生成甲醇，平衡轉化率與溫度、壓強的關系如圖所示。

①p1________p2(填“大于”、“小于”或“等于”)；

②100 ℃時，該反應的化學平衡常數K＝_______；

③100℃時，達到平衡后，保持壓強P1不變的情況下，再向容器中通入CO、H2和CH3OH各0.5a mol，則平衡_______ (填“向右”、“向左”或“不”移動)。

④在其它條件不變的情況下，再增加a mol CO和2a molH2，達到新平衡時，CO的轉化率________(填“增大”、“減小”或“不變”)。

（4）在容積均為1L的密閉容器(a、b、c、d、e)中，分別充入1molCO和2molH2等量混合氣體，在不同的溫度下(溫度分別為T1、T2、T3、T4、T5)，經相同的時間，在t時刻，測得容器甲醇的體積分數如圖所示。在T1- T2及T4- T5兩個溫度區間，容器內甲醇的體積分數的變化趨勢如圖所示，其原因是_______。

Answer 1

【答案】 -90.1 a、c 小于 向右 增大 T1-T2尚未達到平衡，溫度越高化學反應速率越快，相同時間內生成甲醇越多，T4-T5已經達到平衡狀態，溫度升高，平衡逆向移動，甲醇體積分數減小

【解析】（1）已知：

①CH3OH（g）+3/2O2（g）=CO2（g）+2H2O（l）△H=-764.5kJmol-1；

②CO（g）+1/2O2（g）=CO2（g）△H=-283.0kJmol-1；

③H2（g）+1/2O2（g）=H2O（l）△H=-285.8kJmol-1；

由蓋斯定律可知，②+③×2-①得到CO（g）+2H2（g）CH3OH（g）

△H=-283.0kJ/mol-285.8kJ/mol×2+764.5kJ/mol=-90.1kJ/mol；

（2）溫度越高、壓強越大，使用催化劑都可使反應速率增大，降低溫度反應速率減慢，從體系中分離出甲醇，相當于減少濃度，反應速率減慢，答案選ac；

（3）①由圖1可知，溫度相同時，在壓強為P2時平衡時CO的轉化率高，由反應CO（g）+2H2（g）CH3OH（g）可知壓強越大，越有利于平衡向正反應進行，故壓強P1＜P2；②由于平衡常數與壓強沒有關系，所以根據圖象可知，在100℃P1時，CO的轉化率是0.5，則

CO（g）+2H2（g）CH3OH（g）

c初（mol/L） a/v 2a/v 0

△c（mol/L） a/2v a/v a/2v

c（mol/L） a/2v a/v a/2v

所以平衡常數K= c(CH3OH)/[c( CO)×c2 (H2)]=(V/a)2；③在其它條件不變的情況下，向容器中通入CO、H2和CH3OH各0.5amol，等效為amolCO和1.5amol氫氣，二者的比值大于1/2，因此相當于增大CO的濃度，平衡向正反應移動；④在其它條件不變的情況下，再增加a molCO與2amolH2，等效為增大壓強，平衡向正反應移動，CO轉化率增大；

（4）反應進行到t時刻時，a、b沒有達到平衡狀態，c、d、e達到平衡狀態，故T1- T2區間，化學反應未達到平衡狀態，溫度越高，化學反應速率越快，所以甲醇的體積分數隨著溫度的升高而提高。T4-T5區間，化學反應已達到平衡狀態，由于正反應為放熱反應，溫度升高平衡向逆反應方向移動，所以甲醇的體積分數減少。