Question

甲醇是一种可再生能源，具有广泛的开发和应用前景，工业上合成甲醇一般 采用下列反应：CO（g）+2H₂（g）

催化剂

高温、高压

CH₃OH（g）请回答下列问题：
（1）该反应的平衡常数表达式为k=

 

（2）在t⁰C时，将2mol CO和6mol H₂充入2L的密闭容器中，充分反应达到平衡后，测得C（CH₃OH）=O.5mol/l，该反应的平衡常数为

 

．在温度和容积不变的情况下，再向该容器中充入1mol CO、4mol H₂，xmol CH₃OH（g），要使平衡不向逆反应方向移动，x 的取值范围是

 

．
（3）已知：
CH₃OH（g）+O₂═

3

2

CO₂（g）+2H₂O（l）△H=-764.5kJ/mol
CO（g）+

1

2

O₂（g）═CO₂（g）△H=-283.0kJ/mol
H₂（g）+

1

2

O₂（g）═H₂O（l）△H=-285.8kJ/mol
则CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）的反应热△H=

 

（4）在容积固定的密闭容器中发生上述反应，各物质的浓度随时间变化情况如表：

浓度/mol．L-1 时间/min	c（CO）	C（H2）	C（CH3OH）
O	1.0	2.0	O
2	0.8		0.2
4		1.0	0.5
6		1.0	0.5

①反应从2mhi到4min之间，反应速率V（H₂）=

 

②反应达平衡时CO的转化率为

 

③反应在第2min时改变了反应条件改变的条件可能是

 

（填序号）．
a．使用催化剂 b．降低温度c．增加H₂的浓度．

Answer 1

分析：（1）K=

c(CH3OH)

c(CO)．c2(H2)

；
（2）平衡后，测得C（CH₃OH）=O.5mol/l，则生成的n（CH₃OH）=0.5mol/L×2L=1mol，根据甲醇和氢气、一氧化碳的关系式知，平衡时氢气和一氧化碳的浓度分别为：c（CO）=

2mol-1mol

2L

=0.5mol/L，c（ H₂）=

6mol-2mol

2L

=2mol/L，根据化学平衡常数公式计算该温度下的平衡常数；
如果加入这些物质后其浓度商等于化学平衡常数，则平衡不移动；
（3）根据盖斯定律进行计算焓变；
（4）①先计算甲醇的反应速率，再根据同一可逆反应中，同一时间段内，各物质的反应速率之比等于其计量数之比计算氢气的反应速率；
②根据反应物、生成物浓度知，当反应达到第4min时，该反应达到平衡状态，先确定甲醇浓度的变化量，再根据原子守恒知，甲醇浓度的变化量等于一氧化碳浓度的变化量，最后根据转化率公式计算其转化率；
③根据前两分钟和第2到4min时物质反应速率确定改变的条件．

解答：解：（1）该反应的化学平衡常数为：

c(CH3OH)

c(CO)．c2(H2)

，故答案为：K=

c(CH3OH)

c(CO)．c2(H2)

；
（2）平衡后，测得C（CH₃OH）=O.5mol/l，则生成的n（CH₃OH）=0.5mol/L×2L=1mol，根据甲醇和氢气、一氧化碳的关系式知，平衡时氢气和一氧化碳的浓度分别为：c（CO）=

2mol-1mol

2L

=0.5mol/L，c（H₂）=

6mol-2mol

2L

=2mol/L，则该温度下，化学平衡常数K=

0.5

0.5×22

=0.25；
在温度和容积不变的情况下，再向该容器中充入1mol CO、4mol H₂、xmol CH₃OH（g）时，c（CH₃OH）=O.5（1+x）mol/l，c（CO）=（0.5+

1

2

）mol/l=1mol/L，c（H₂）=（2+

4

2

）mol/L=4mol/L，要使平衡不向逆反应方向移动，则0＜浓度商=

0.5+0.5x

1×42

≤0.25，则x的取值范围为0＜x≤1，
故答案为：0.25；0＜x≤1；
（3）CH₃OH（g）+

3

2

O₂═CO₂（g）+2H₂O（l）△H=-764.5kJ/mol①
CO（g）+

1

2

O₂（g）═CO₂（g）△H=-283.0kJ/mol②
H₂（g）+

1

2

O₂（g）═H₂O（l）△H=-285.8kJ/mol③
根据盖斯定律得；将方程式②+2③-①得CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g），
所以该反应的反应热△H=（-283.0kJ/mol）+2（-285.8kJ/mol）-（-764.5kJ/mol）=-90.1kJ/mol，
故答案为：-90.1kJ/mol；
（4）①2mhi到4min之间，甲醇的反应速率=

0.5-0.2

4-2

mol/（L．min）=0.15mol/（L．min），同一可逆反应中，同一时间段内，各物质的反应速率之比等于其计量数之比，所以氢气的反应速率为0.30mol/（L．min），故答案为：0.30mol/（L．min）；
②根据反应物、生成物浓度知，当反应达到第4min时，该反应达到平衡状态，甲醇增加的物质的量浓度=（0.5-0）mol/L=0.5mol/L，根据原子守恒知，一氧化碳减少的物质的量浓度=甲醇增加的物质的量浓度=0.5mol/L，则一氧化碳的转化率=

0.5mol/L

1mol/L

×100%=50%，
故答案为：50%；
③第4分钟时，甲醇的浓度变化量为0.5mol/L，根据原子守恒知，一氧化碳浓度的变化量也为0.5mol/L，则第4分钟时，一氧化碳浓度=1mol/L-0.5mol/L=0.5mol/L，
0-2min时，一氧化碳浓度的变化量为（1-0.8）mol/L=0.2mol/L，2-4min时，一氧化碳浓度的变化量=（0.8-0.5）mol/L=0.3mol/L，说明反应速率增大，要使反应速率增大且反应向正反应方向移动，可以改变的条件是使用催化剂或增大压强，故选a．

点评：本题是一道小型综合题，涉及化学平衡的有关计算、热化学反应方程式，根据盖斯定律来分析热化学反应，难点是化学平衡影响因素、化学反应速率的影响因素的判断，注意仔细阅读题干信息并结合教材基础知识来分析解答，只有利用灵活运用教材基础知识才能正确解答，难度中等．