Question

【题目】运用化学反应原理知识研究如何利用CO、SO2等污染物有重要意义。

（1）用CO可以合成甲醇。已知：

①CH3OH(g)＋3/2O2(g)CO2(g)＋2H2O(l) ΔH＝－764.5 kJ·mol-1

②CO(g)＋1/2O2(g)CO2(g) ΔH＝－283.0 kJ·mol-1

③H2(g)＋1/2O2(g)H2O(l) ΔH＝－285.8 kJ·mol-1

则CO(g)＋2H2 (g)CH3OH(g) ΔH＝________ kJ·mol-1。

（2）下列措施中能够增大上述合成甲醇反应的反应速率的是________(填写序号)。

a. 使用高效催化剂 b. 降低反应温度

c. 增大体系压强 d. 不断将CH3OH从反应混合物中分离出来

（3）在一定压强下，容积为V L的容器中充入a mol CO与2a mol H2，在催化剂作用下反应生成甲醇，平衡转化率与温度、压强的关系如图所示。

①p1________p2(填“大于”、“小于”或“等于”)；

②100 ℃时，该反应的化学平衡常数K＝_______；

③100℃时，达到平衡后，保持压强P1不变的情况下，再向容器中通入CO、H2和CH3OH各0.5a mol，则平衡_______ (填“向右”、“向左”或“不”移动)。

④在其它条件不变的情况下，再增加a mol CO和2a molH2，达到新平衡时，CO的转化率________(填“增大”、“减小”或“不变”)。

（4）在容积均为1L的密闭容器(a、b、c、d、e)中，分别充入1molCO和2molH2等量混合气体，在不同的温度下(温度分别为T1、T2、T3、T4、T5)，经相同的时间，在t时刻，测得容器甲醇的体积分数如图所示。在T1- T2及T4- T5两个温度区间，容器内甲醇的体积分数的变化趋势如图所示，其原因是_______。

Answer 1

【答案】 -90.1 a、c 小于 向右 增大 T1-T2尚未达到平衡，温度越高化学反应速率越快，相同时间内生成甲醇越多，T4-T5已经达到平衡状态，温度升高，平衡逆向移动，甲醇体积分数减小

【解析】（1）已知：

①CH3OH（g）+3/2O2（g）=CO2（g）+2H2O（l）△H=-764.5kJmol-1；

②CO（g）+1/2O2（g）=CO2（g）△H=-283.0kJmol-1；

③H2（g）+1/2O2（g）=H2O（l）△H=-285.8kJmol-1；

由盖斯定律可知，②+③×2-①得到CO（g）+2H2（g）CH3OH（g）

△H=-283.0kJ/mol-285.8kJ/mol×2+764.5kJ/mol=-90.1kJ/mol；

（2）温度越高、压强越大，使用催化剂都可使反应速率增大，降低温度反应速率减慢，从体系中分离出甲醇，相当于减少浓度，反应速率减慢，答案选ac；

（3）①由图1可知，温度相同时，在压强为P2时平衡时CO的转化率高，由反应CO（g）+2H2（g）CH3OH（g）可知压强越大，越有利于平衡向正反应进行，故压强P1＜P2；②由于平衡常数与压强没有关系，所以根据图象可知，在100℃P1时，CO的转化率是0.5，则

CO（g）+2H2（g）CH3OH（g）

c初（mol/L） a/v 2a/v 0

△c（mol/L） a/2v a/v a/2v

c（mol/L） a/2v a/v a/2v

所以平衡常数K= c(CH3OH)/[c( CO)×c2 (H2)]=(V/a)2；③在其它条件不变的情况下，向容器中通入CO、H2和CH3OH各0.5amol，等效为amolCO和1.5amol氢气，二者的比值大于1/2，因此相当于增大CO的浓度，平衡向正反应移动；④在其它条件不变的情况下，再增加a molCO与2amolH2，等效为增大压强，平衡向正反应移动，CO转化率增大；

（4）反应进行到t时刻时，a、b没有达到平衡状态，c、d、e达到平衡状态，故T1- T2区间，化学反应未达到平衡状态，温度越高，化学反应速率越快，所以甲醇的体积分数随着温度的升高而提高。T4-T5区间，化学反应已达到平衡状态，由于正反应为放热反应，温度升高平衡向逆反应方向移动，所以甲醇的体积分数减少。