Question

【题目】甲醇是重要的化工原料，又是一种可再生能源，具有广泛的开发和应用前景。

（1）已知反应CO(g)+2H2(g)CH3OH(g) H＝－99kJmol-1中的相关化学键键能如下：

则x＝___________。

化学键	H-H	C-O	C三O	H-O	C-H
E/（kJmol-1)	436	343	x	465	413

（2）在一容积可变的密闭容器中，1molCO与2molH2发生反应：CO(g)+2H2(g)CH3OH(g) H1<0，CO在不同温度下的平衡转化率(α)与压强的关系如下图所示。

①T1_________T2（填“>”、“<”、“=”）；a、b两点的反应速率：v(a)_____v(b）（填“>”、“<”、“=”）；

在c点条件下，下列叙述能说明上述反应能达到化学平衡状态的是_____(填字母)；

a.H2的消耗速率是CH3OH生成速率的2倍 b.CH3OH的体积分数不再改变

C.混合气体的密度不再改变 d.CO和CH3OH的物质的量之和保持不变

②计算图中a点的平衡常数KP=_____(用平衡分压代替平衡浓度计算，分压=总压×物质的量分数)。

（3）利用合成气(主要成分为CO、CO2和H2)合成甲醇，发生的主要反应如下：

a：CO(g)＋2H2(g)CH3OH(g) H1

b：CO2(g)＋H2(g)CO(g)＋H2O(g) H2

c：CO2(g)＋3H2(g)CH3OH(g)＋H2O(g) H3

①述反应对应的平衡常数分别为K1、K2、K3，它们随温度变化的曲线如下图所示。

则H1__________H3（填“>”、“<”、“=”），理由是_______。

②一定温度下，在3 L容积可变的密闭容器中发生反应b，已知c(CO)与反应时间t变化曲线Ⅰ如图所示，若在t0时刻分别改变一个条件，曲线Ⅰ变为曲线Ⅱ和曲线Ⅲ。当曲线Ⅰ变为曲线Ⅱ时，改变的条件是________；当曲线Ⅰ变为曲线Ⅲ时，改变的条件是_________。

③反应c的 △H___0， △S____0（填“>”“=”或“<”）。

Answer 1

【答案】1076＜＜bc1.6×10－7 (kPa)－2＜由图可知，随着温度升高，K2增大，则△H2＞0，根据盖斯定律又得△H3＝△H1＋△H2，所以△H1＜△H3加入催化剂将容器的体积快速压缩至2L<<

【解析】

(1)根据反应热=反应物的总键能-生成物的总键能计算；
(2)①压强相同时一氧化碳的转化率高，所以平衡正向移动，而正反应是放热反应，温度升高，平衡逆向移动，CO的平衡转化率减小，故T1<T2；压强越大反应速率越快，所以a、b两点的反应速率：v(a)<v(b）；根据化学平衡时正逆反应速率相等，各物质含量不再改变分析；
②结合化学平衡三行计算列式计算平衡物质的物质的量，用平衡分压代替平衡浓度计算，分压=总压×物质的量分数；
(3) ①反应1、2、3其对应的平衡常数分别为K1、K2、K3，根据图1它们随温度变化的曲线结合盖斯定律进行分析解答。

②图象分析曲线Ⅰ变化为曲线Ⅱ是缩短反应达到平衡的时间，最后达到相同平衡状态，体积是可变得是恒压容器，说明改变的是加入了催化剂；当曲线Ⅰ变为曲线Ⅲ时一氧化碳物质的量增大，反应是气体体积不变的反应，可变容器中气体体积和浓度成反比，气体物质的量不变；

③由图可知，随着温度升高，K3减小，则△H3<0，根据反应物和产物气体系数和的大小可以判断熵变符号。

(1)反应热=反应物的总键能-生成物的总键能，则△H =2×436+x-343-413×3-465=-99，计算得出x=1076；
因此，本题正确答案是：1076；
(2)①压强相同时一氧化碳的转化率高，所以平衡正向移动，而正反应是放热反应，温度升高，平衡逆向移动，CO的平衡转化率减小，故T1<T2；压强越大反应速率越快，所以a、b两点的反应速率：v(a)<v(b）；

a.H2的消耗速率是CH3OH生成速率的2倍均为正反应速率，不能说正逆反应速率相等，故a错误；
b.CH3OH的体积分数随着反应的进行增大，不再改变时化学平衡，故b正确；
c.混合气体的总质量不变，容器可变，则混合气体的体积减小，密度增大，不再改变时化学平衡，故c正确；
d.CO和CH3OH的物质的量之和保持不变，不能说明化学平衡，故d错误；
因此，本题正确答案是：＜ ；＜；bc

②a点的一氧化碳转化率为50%，总压为0.5104pa，
CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)
起始量(mol) 1 2 0
变化量(mol) x 2x x
平衡量(mol) 1-x 2-2x x
而一氧化碳转化率为50%，所以x=0.5，Kp==1.6×10－7 (kPa)－2;
因此，本题正确答案是：1.6×10－7 (kPa)－2；
(3) ①由图可以知道，随着温度升高，K2减小，则△H2＞0，根据盖斯定律又得△H3＝△H1＋△H2，所以△H1＜△H3 ；
因此，本题正确答案是：＜ ；由图可知，随着温度升高，K2增大，则△H2＞0，根据盖斯定律又得△H3＝△H1＋△H2，所以△H1＜△H3；

②图象分析曲线Ⅰ变化为曲线Ⅱ是缩短反应达到平衡的时间，最后达到相同平衡状态，体积是可变得是恒压容器，说明改变的是加入了催化剂；当曲线Ⅰ变为曲线Ⅲ时一氧化碳物质的量增大反应是气体体积不变的反应，可变容器中气体体积和浓度成反比，气体物质的量不变，曲线Ⅰ，体积为3L，一氧化碳浓度为3mol/L，改变条件不好为曲线Ⅱ，一氧化碳浓度为4.5mol/L，则体积压缩体积为:3：V=4.5:3，V=2L，所以将容器的体积快速压缩至2L符合；
因此，本题正确答案是：加入催化剂；将容器的体积快速压缩至2L；

③由图可知，随着温度升高，K3减小，则△H3<0；该反应中，反应物的系数和大于产物气体系数和，所以该反应是熵减的反应，熵变小于零，
因此，本题正确答案是：＜；＜。