Question

甲醇是一種可再生能源，具有開發和應用的廣闊前景。工業上一般以CO和H₂為原料合成甲醇，該反應的熱化學方程式為：CO(g)+2H₂(g)CH₃OH(g)  △H₁=－116 kJ·mol^－1
（1）下列有關上述反應的說法正確的是________。
a．恒溫、恒容條件下，容器內的壓強不發生變化則可逆反應達到平衡
b．一定條件下，H₂的消耗速率是CO的消耗速率的2倍時可逆反應達到平衡
c．保持容器體積不變，升高溫度可提高CO的轉化率
d．使用合適的催化劑能縮短達到平衡的時間并提高CH₃OH的產量
（2）在容積為1L的恒容容器中，分別研究在230℃、250℃、270℃三種溫度下合成甲醇的規律。右圖是上述三種溫度下不同的H₂和CO的起始組成比（起始時CO的物質的量均為1mol）與CO平衡轉化率的關系。

①在上述三種溫度中，曲線Z對應的溫度是          。
②利用圖中a點對應的數據，計算該反應在對應溫度下的平衡常數K （寫出計算過程）。
③在答題卡相應位置上畫出：上述反應達到平衡后，減小體系壓強至達到新的平衡過程中，正逆反應速率與時間的變化關系圖并標注。

（3）已知：CO(g)+O₂(g)=CO₂(g) △H₂=－283 kJ·mol^－1
H₂(g)+O₂(g)=H₂O(g) △H₃=－242 kJ·mol^－1
則表示1mol氣態甲醇完全燃燒生成CO ₂和水蒸氣時的熱化學方程式為            。

Answer 1

（16分）
（1）①a（2分）   
②（5分）解：根據圖像可知CO的轉化率為50%，H₂的物質的量為1.5mol，則：
CO(g)+2H₂(g)CH₃OH(g)
各組分的起始濃度/ mol·L^－1   1      1.5       0
各組分的變化濃度/ mol·L^－1  0.5      1       0.5
各組分的平衡濃度/ mol·L^－1  0.5     0.5       0.5（2分）
K===4L²?mol^—2
（3分，K的表達式、代入數據、結果各1分，不帶單位不扣分）
③
共4分，分兩個給分點：①逆反應速率變化曲線正確，而且標注正確，給2分（曲線起點或曲線平臺或標注3要素，3個正確給2分，2個正確給1分，1個正確給0分。）；②正反應速率變化曲線正確，而且標注正確，給2分（曲線起點或曲線平臺或標注3要素，3個正確給2分，2個正確給1分，1個正確給0分。）
（3）CH₃OH(g)+3/2O₂(g) CO₂(g)+2H₂O(g)  △H=—651kJ?mol^—1
（3分，方程式含狀態正確1分、反應熱2分，單位錯漏扣1分）

試題分析：（1）由于CO(g)+2H₂(g)CH₃OH(g)的正反應是氣體物質的量減小的方向，隨著反應的正向進行，容器內氣體總的物質的量逐漸減小，因此恒溫、恒容條件下，容器內的壓強逐漸減小，當壓強不再變化，說明容器內氣體總的物質的量保持不變，反應達到平衡，故a正確；氫氣的消耗速率和CO得消耗速率都是正反應速率，它們之比始終等于系數之比，缺少逆反應速率，故b錯；CO(g)+2H₂(g)CH₃OH(g)；△H₁=－116 kJ·mol^－1，說明正反應是放熱反應，升高溫度平衡向吸熱或逆反應方向移動，則CO的轉化率減小，故c錯；催化劑不能使平衡移動，可以加快反應速率，因此使用催化劑能縮短達到平衡的時間，但是不能提高CH₃OH的產量，故d錯；（2）①合成甲醇方向是放熱反應，升高溫度平衡向吸熱或逆反應方向移動，CO的平衡轉化率減小，則CO的轉化率越小，反應溫度越高，圖中n(H₂)/n(CO)保持不變時，CO的平衡轉化率：X>Y>Z，則曲線Z對應的溫度是270℃；②讀圖可得，a點的橫坐標n(H₂)/n(CO)=1.5，縱坐標CO的平衡轉化率為50%，設起始時n(CO)=1mol，則n(H₂)=1.5mol，則：
CO(g)+2H₂(g)CH₃OH(g)
各組分的起始濃度/ mol·L^－1   1      1.5       0
各組分的變化濃度/ mol·L^－1  0.5      1       0.5
各組分的平衡濃度/ mol·L^－1  0.5     0.5       0.5
K===4L²?mol^—2
③畫圖要點：a．由于CO(g)+2H₂(g)CH₃OH(g)的正反應是氣體體積減小的方向，增大容器體積減小體系壓強時，平衡向氣體體積增大或逆反應方向移動，則逆反應速率大于正反應速率；b．由于反應物和生成物均隨容器體積增大而減小，則正反應速率和逆反應速率均明顯減小；c．達到新平衡之前，逆反應速率逐漸減小，正反應速率逐漸增大，因為平衡向逆反應方向移動，生成物濃度逐漸減小，反應物濃度逐漸增大，但都比原平衡的小；d．達到新平衡時，正反應速率和逆反應速率相等，但都比原平衡的小；（3）先將已知兩個熱化學方程式編號為①②③，再根據蓋斯定律，由②+③×2—①可得：CH₃OH(g)+3/2O₂(g) CO₂(g)+2H₂O(g)  △H=—651kJ?mol^—1。