Question

【題目】在工業上常用CO和H2合成甲醇，反應方程式為：

CO（g）+2H2（g） CH3OH（g） △H = akJ/mol

已知：①CO（g）+O2（g）== CO2（g） △H1=﹣283.0kJ/mol

②H2（g）+O2（g）== H2O（g）△H2=﹣241.8kJ/mol

③CH3OH（g）+O2（g）== CO2（g）+ 2H2O（g）△H3=﹣192.2kJ/mol

回答下列問題：

(1)a = _______

(2)能說明反應CO（g）+2H2（g） CH3OH（g）已達平衡狀態的是___（填字母）。

A．單位時間內生成1mol CH3OH（g）的同時消耗了1mol CO（g）

B．在恒溫恒容的容器中，混合氣體的密度保持不變

C．在絕熱恒容的容器中，反應的平衡常數不再變化

D．在恒溫恒壓的容器中，氣體的平均摩爾質量不再變化

(3)在T1℃時，體積為2L的恒容容器中充入物質的量之和為3mol的H2和CO，反應達到平衡時CH3OH的體積分數（V%）與的關系如圖1所示．

①當起始=2時，經過5min達到平衡，CO的轉化率為0.6，則0～5min內平均反應速率v（H2）=_____________。若此時再向容器中加入CO（g）和CH3OH（g）各0.4mol，達新平衡時H2的轉化率將____________（選填“增大”、“減小”或“不變”）；

②當= 3.5時，達到平衡狀態后，CH3OH的體積分數可能是圖象中的_______點（選填“D”、“E”或“F”）。

(4)CO和H2來自于天然氣。已知CO2（g）+CH4（g） 2CO（g）+2H2（g）。在密閉容器中有濃度均為0.1molL﹣1的CH4與CO2，在一定條件下反應，測得CH4的平衡轉化率與溫度及壓強的關系如圖2，則壓強p1_______________p2（選填“大于”或“小于”）；當壓強為p2時，在y點：v（正）______________v（逆）（選填“大于”、“小于”或“等于”）。若p2=3MPa，則T℃時該反應的平衡常數Kp=_________MPa2（用平衡分壓代替平衡濃度計算，分壓=總壓×物質的量分數）。

(5)含有甲醇的廢水會造成環境污染，可通入ClO2氣體將其氧化為CO2。寫出相關反應的離子方程式_________________________________________。

Answer 1

【答案】 a =﹣574.4 C D 0.12mol/（L·min） 增大 F 小于 大于 4 6ClO2+5CH3OH=5CO2+6Cl﹣+7H2O+6H+

【解析】試題分析：本題考查蓋斯定律的應用，化學平衡的標志，化學平衡圖像的分析，平衡常數的計算，離子方程式的書寫。

（1）應用蓋斯定律，將①式+②式2-③式得，CO（g）+2H2（g） CH3OH（g） △H =ΔH1+2ΔH2-ΔH3=[（-283）+（-241.8）2-（-192.2）]kJ/mol=-574.4kJ/mol，a=-574.4。

（2）A項，單位時間內生成1mol CH3OH（g）的同時消耗了1mol CO（g），只說明正反應，不能說明反應已達平衡狀態；B項，在恒溫恒容的容器中，根據質量守恒定律，混合氣體的總質量始終不變，混合氣體的密度始終不變，混合氣體的密度保持不變不能說明反應已達平衡狀態；C項，該反應為放熱反應，在絕熱恒容的容器中，隨著平衡的建立溫度升高平衡逆向移動，反應的平衡常數減小，反應的平衡常數不再變化說明反應已達平衡狀態；D項，該反應的正反應為氣體分子數減小的反應，建立平衡的過程中混合氣體物質的量減小，混合氣體的質量不變，混合氣體的平均摩爾質量增大，氣體的平均摩爾質量不再變化說明反應已達平衡狀態；答案選CD。

（3）①當起始=2時，起始CO、H2的物質的量依次為1mol、2mol。用三段式：

CO（g）+2H2（g） CH3OH（g）

n（起始）（mol）1 2 0

n（轉化）（mol）10.6 1.2 0.6

n（平衡）（mol）0.4 0.8 0.6

0～5min內平均反應速率v（H2）==0.12mol/(L·min)。平衡時CO、H2、CH3OH的物質的量濃度依次為0.2mol/L、0.4mol/L、0.3mol/L，該溫度下的化學平衡常數K==9.375；再向容器中加入CO（g）和CH3OH（g）各0.4mol，瞬時CO、H2、CH3OH的物質的量濃度依次為0.4mol/L、0.4mol/L、0.5mol/L，此時的濃度商為=7.81259.375，反應向正反應方向進行，H2的平衡轉化率將增大。

②當反應物按化學計量數之比投料，達到平衡時生成物的百分含量最大。當= 3.52，達到平衡狀態后，CH3OH的體積分數應小于C點，可能是圖象中的F點，答案選F。

（4）該反應的正反應是氣體分子數增大的反應，增大壓強平衡逆向，反應物的轉化率減小，由圖像知溫度相同時，p1時CH4的轉化率大于p2時，則1小于p2。當壓強為p2時，y點CH4的轉化率小于CH4的平衡轉化率，反應正向進行，則y點：v（正）大于v（逆）。由圖像知T℃、p2達到平衡時CH4的轉化率為50%，用三段式：

CO2（g）+CH4（g） 2CO（g）+2H2（g）

n（起始）（mol/L）0.1 0.1 0 0

n（轉化）（mol/L）0.05 0.05 0.1 0.1

n（平衡）（mol/L）0.05 0.05 0.1 0.1

平衡時CO2、CH4、CO、H2物質的量分數依次為1/6、1/6、1/3、1/3，若p2=3MPa，則平衡時CO2、CH4、CO、H2的平衡分壓依次為0.5MPa、0.5MPa、1MPa、1MPa，Kp==4MPa2。

（5）含有甲醇的廢水會造成環境污染，可通入ClO2氣體將其氧化為CO2，ClO2被還原成Cl-，寫出反應CH3OH+ClO2→CO2+Cl-，C元素的化合價由-2價升至+4價，Cl元素的化合價由+4價降至-1價，根據元素化合價升降總數相等配平5CH3OH+6ClO2→5CO2+6Cl-，根據原子守恒和電荷守恒，寫出反應的離子方程式為：5CH3OH+6ClO2=5CO2+6Cl-+6H++7H2O。