Question

【题目】研究CO和CO2的应用对构建低碳、环保的生态文明型社会具有重要的意义。以CO和H2为原料可以制取甲醇。已知部分反应的热化学方程式如下：

反应Ⅰ CO(g)＋2H2(g)CH3OH(g) ΔH＝－99 kJ·mol－1

反应Ⅱ CO2(g)＋H2(g)CO(g)＋H2O(l) ΔH＝－3 kJ·mol－1

反应Ⅲ H2O(g)＝H2O(l) ΔH＝－44 kJ·mol－1

（1）反应CO2(g)＋3H2(g)CH3OH(g)＋H2O(g)的ΔH＝____kJ·mol－1。

（2）向T1℃的恒容密闭容器中充入一定量的CO和H2，发生反应Ⅰ，保持温度不变，测得CH3OH的物质的量随时间的变化关系如图所示。

①下列条件可以判定反应到达平衡状态的是____（填字母）。

A．2v正(H2)＝v逆(CH3OH)

B．容器内气体的密度不变

C．容器内压强不变

D．反应不再释放热量

②在图中作出当其他条件不变，温度改为T2℃（T1＜T2）时CH3OH的物质的量随时间的变化关系图。_____

（3）体积可变的密闭容器中，起始n(H2)/n(CO)＝2.60时，反应Ⅰ体系中CO的平衡转化率(α)与温度和压强的关系如图所示。

①α(CO)随温度升高而减小的原因是____。

②图中压强p1、p2、p3中最大的是____。

③若起始CO、H2、CH3OH的物质的量分别为0 mol、1.2 mol、2 mol，保持温度为530K、压强为p2，反应达到平衡时，CH3OH的转化率是____。

（4）以二氧化钛表面覆盖Cu2Al2O4为催化剂，可以将CO2和CH4直接转化为乙酸。在不同温度下乙酸的生成速率如图所示。250~300℃时，温度升高而乙酸的生成速率降低的原因是____。

Answer 1

【答案】－58 CD 正反应为放热反应，升高温度，平衡向逆反应方向移动，CO的转化率减小 p1 25% 催化剂失去活性（或催化剂活性降低）

【解析】

（1）根据盖斯定律分析计算；

（2）①可逆反应达到平衡时，同种物质的正逆反应速率相等且保持不变，各组分的浓度、含量保持不变，由此衍生的其它一些量不变，判断平衡的物理量应随着反应进行发生变化，该物理量由变化到不再变化说明达到平衡；

②在图中做出当其他条件不变，温度改为T2℃（T1＜T2）时，升温平衡逆向进行，甲醇的物质的量减少，达到平衡的时间缩短，据此画出随时间的变化关系图；

（3）①α(CO)随温度升高而减小的原因是反应为放热反应，升温平衡逆向进行；

②反应Ⅰ是气体体积减小的放热反应，温度一定，压强越大，平衡正向进行；

③若起始一氧化碳和氢气和甲醇的物质的量分别为0 mol、1.2 mol、2 mol，相当于加入2mol一氧化碳和5.2mol氢气，起始n(H2)/n(CO)＝2.60，根据图像可知，压强为p2时一氧化碳的转化率为75%，平衡时剩余的一氧化碳为2mol×（1-75%）=0.5mol，两个平衡互为等效平衡，达到平衡时各组分的浓度不变，则原平衡达到平衡状态时一氧化碳的物质的量为0.5mol，根据反应可知，转化的甲醇的物质的量为0.5mol，据此计算甲醇的转化率。

（4）该反应中使用了催化剂，结合催化剂的催化活性受温度影响分析。

（1）根据盖斯定律分析计算，反应Ⅰ CO(g)＋2H2(g)CH3OH(g) ΔH＝－99 kJ·mol－1，反应Ⅱ CO2(g)＋H2(g)CO(g)＋H2O(l) ΔH＝－3 kJ·mol－1，反应Ⅲ H2O(g)＝H2O(l) ΔH＝－44 kJ·mol－1，Ⅰ-Ⅱ-Ⅲ得热化学方程式为：CO2(g)＋3H2(g)CH3OH(g)＋H2O(g)的ΔH＝-99+3+44=-58kJ·mol－1；

（2）①A．2v正(H2)＝v逆(CH3OH)不能说明甲醇的正逆反应速率相同，故错误；B．反应前后质量和体积不变，容器内气体的密度始终不变，不能说明反应到平衡，故错误；C．反应前后气体物质的量变化，说明容器内压强不变能说明反应到平衡。故正确；D．反应不再释放热量说明正逆反应速率相等，反应到平衡，故正确。故选CD。

②在图中做出当其他条件不变，温度改为T2℃（T1＜T2）时，升温平衡逆向进行，甲醇的物质的量减少，达到平衡的时间缩短，据此画出随时间的变化关系图：；

（3）①α(CO)随温度升高而减小的原因是反应为放热反应，升温平衡逆向进行；

②反应Ⅰ是气体体积减小的放热反应，温度一定，压强越大，平衡正向进行，一氧化碳的转化率增大，所以压强大小关系为p1>p2>p3，压强最大的是p1；

③若起始一氧化碳和氢气和甲醇的物质的量分别为0 mol、1.2 mol、2 mol，相当于加入2mol一氧化碳和5.2mol氢气，起始n(H2)/n(CO)＝2.60，根据图像可知，压强为p2时一氧化碳的转化率为75%，平衡时剩余的一氧化碳为2mol×（1-75%）=0.5mol，两个平衡互为等效平衡，达到平衡时各组分的浓度不变，则原平衡达到平衡状态时一氧化碳的物质的量为0.5mol，根据反应CO(g)＋2H2(g)CH3OH(g)可知，转化的甲醇的物质的量为0.5mol，甲醇的转化率为。

（4）该反应中使用了催化剂，温度超过250℃，催化剂的催化效率降低，所以温度升高而乙酸的生成速率降低。