Question

甲醇可作为燃料电池的原料。通过下列反应可以制备甲醇：CO ( g ) + 2H₂ ( g ) CH₃OH ( g ) △H＝-90.8 kJ·mol^－1 在一容积可变的密闭容器中充入10 mol CO 和20 molH₂，CO 的平衡转化率随温度（T）、压强（P）的变化如图所示，当达到平衡状态A 时，容器的体积为20 L。

（1）该反应的化学平衡常数表达式为     。
（2）如反应开始时仍充入10mol CO 和20mol H₂，
则在平衡状态B时容器的体积V（B）=        L。
（3）关于反应CO(g)+2H₂(g)CH₃OH(g)在化学平衡状态时的描述正确的是  （填字母）。
A．CO的含量保持不变
B．容器中CH₃OH浓度与CO浓度相等
C．2V_正（CH₃OH）=V_正（H₂）
D．容器中混合气体的平均相对分子质量保持不变
（4）CO(g)+2H₂(g)CH₃OH(g)，按照相同的物质的量 投料，测得CO在 不同温度下的平衡转化率与压强的关系如图所示。下列说法正确的是     。

A．温度：T₁ < T₂ <T₃
B．正反应速率：ν（a）>ν（c）； ν（b）>ν（d）
C．平衡常数： K(a) ="K(c)" ； K(b) >K(d)
D．平均摩尔质量：M(a)<M(c)； M(b)>M(d)
（5）已知CO₂（g）+H₂（g）CO（g）+H₂O（g） △H=" +" 41.3 kJ·mol^－1，试写出由 CO₂和H₂制取甲醇的热化学方程式     。

Answer 1

（1）K=   （2）4 （3）A C D （4） A
（5）CO₂(g) +3H₂(g) CH₃OH(g) +H₂O(g) △H=-49.5 kJ·mol^－1

解析试题分析：（1）根据平衡常数的定义可得到该反应的化学平衡常数的表达式为K=)。
（2）若密闭容器中充入10 mol CO 和20 molH₂，当达到平衡状态A 时，CO的转化率为0.5，此时各物质的物质的量为CO为5mol；H₂为10mol; CH₃OH为5mol。n(气体)=20mol,容器的体积为20 L。如反应开始时仍充入10mol CO 和20mol H₂，在达到平衡状态B时CO的转化率为0.8，则此时各物质的物质的量为CO为2mol,H₂为4mol, CH₃OH为8mol。n(气体)=14mol。由于A、B是在相同温度下程度的。所以化学平衡常数不变设第二次达到平衡时容器的体积为v。则＝，解得v=4（L）。
(3) A．CO的含量保持不变，则各组分的物质的量，总物质的量不变。可逆反应达到平衡状态。正确。B.容器中CH₃OH浓度与CO浓度相等，这只是一个很特殊的情况，这时反应可能达到平衡，也可能未达到平衡状态。错误。C．在任何时刻2V_正（CH₃OH）=V_正（H₂），若2V_正（CH₃OH）=V_逆（H₂），则V_正（H₂）=V_逆（H₂），反应达到平衡。正确。D．由于该反应是个反应前后气体体积不等的反应，如果反应未达到平衡，则气体的物质的量就会发生改变，混合气体的平均相对分子质量也就会随着改变。若容器中混合气体的平均相对分子质量保持不变，则气体的物质的量不变。故反应达到平衡状态。正确。
（4）A.由于该反应的正反应是放热反应，所以在其它条件不变的情况下，升高温度，平衡向吸热反应方向移动，也就是向逆反应方向移动，这时反应物的转化率降低。因为CO的平衡转化率a>b>c，所以温度：T₁ < T₂ <T₃。正确。B.在其它条件不变时，升高温度，化学反应速率加快。由于温度T₁ < T₂ <T₃，所以速率：ν（c）>ν（a）；在其它条件相同时，增大压强，化学反应速率加快。由于压强b>d，所以速率：ν（b）>ν（d）.错误。C.化学 平衡常数只与温度有关，与其它条件无关。由于温度T₁ < T₂ <T₃。升高温度，平衡向逆反应方向移动，K减小。K(a) >K(c) ； K(b) =K(d)。错误。D．升高温度，平衡向逆反应方向移动，平衡时气体的物质的量增大，气体的平均摩尔质量减小。由于温度T₁ < T₃，所以平衡时n(c)总> n(a)总,M(a)>M(c)；在相同的温度下，增大压强，平衡正向移动，平衡时气体的物质的量减小。所以平衡时n(d)总> n(b)总,M(b)>M(d).错误。
（5）将CO₂（g）+H₂（g）CO（g）+H₂O（g） △H=" +" 41.3 kJ/mol和 CO ( g ) + 2H₂ ( g ) CH₃OH ( g ) △H＝-90.8 kJ/mol相加可得CO₂和H₂制取甲醇的热化学方程式：CO₂(g) +3H₂(g) CH₃OH(g) +H₂O(g) △H=-49.5 kJ/mol.
考点：考查化学平衡常数的表达式、热化学方程式的书写及平衡状态的判断、外界条件对化学反应速率、化学平衡的影响等知识。