Question

【题目】H2、CO、CH4、CH3OH等都是重要的能源，也是重要为化工原料。

（1）已知25℃，1.01×105Pa时，,8.0DgCH4完全燃烧生成二氧化碳气体和液态水放出444.8kJ热量。写山该反应的热化学反应方程式：____________________。

（2）为倡导“节能减排”和“低碳经济”，降低大气中CO2的含量及有效地开发利用CO2，工业上可以用CO2来生产燃料甲醇。

在体积为2L的密闭容器中，充入lmolCO2和3molH2，一定条件下发生反应：CO2(g)+3H2(g) CH3OH(g)+H2O(g)。经测得CO2和CH3OH(g)的物质的量随时间变化如图所示。

①从反或开始到平衡，CO2的平均反应速率v(CO2)=____。

②达到平衡时，H2的转化率为__________。

③下列措施不能提高反应速率的是__________。

A.升高温度 B.加入催化剂 C.增大压强 D.及时分离出CH3OH

（3）工业上也用CO和H2为原料制备CH3OH，反应方程式为：CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)，在一体积固定的密闭容器中投入一定量的CO和H2气体进行上述反应。下列叙述中能说明上述反应达到平衡状态的是______。

A.反应中CO与CH3OH的物质的量之比为1:1

B.混合气体的压强不随时间的变化而变化

C.单位时间内每消耗1molCO，同时生成1mclCH3OH

D.CH3OH的质量分数在混合气体中保持不变

E.混合气体的密度保持不变

Answer 1

【答案】 CH4(g)+2O2(g)=CO2(g)+2H2O(1)△H=-889.6kJ/mol 0.0375mol/(L·min) 75% D BD

【解析】(1)0.5mol甲烷完全燃烧放热444.8kJ，1mol甲烷完全燃烧放热889.6kJ，据此写出甲烷完全燃烧的热化学程式。

（2）利用三段式解题法进行相关计算，求出反应中变化量、平衡量；根据v=c/t计算，根据氢气的平衡浓度判断转化的物质的量,进而可计算转化率。

（3）当反应达到平衡状态时,正、逆反应速率相等(同种物质),各物质的浓度、含量不再改变,以及由此衍生的一些物理量也不变，以此进行判断。

（1）8.0gCH4的量为0.5mol，完全燃烧生成二氧化碳气体和液态水放出444.8kJ热量，1molCH4完全燃烧生成二氧化碳气体和液态水放出889.6kJ热量，热化学方程式为：CH4(g)+2O2(g)=CO2(g)+2H2O(1)△H=-889.6kJ/mol；正确答案：CH4(g)+2O2(g)=CO2(g)+2H2O(1)△H=-889.6kJ/mol。

（2）利用三段式解题法计算:

CO2(g)+3H2(g) CH3OH(g)+H2O(g)

起始量 1 3 0 0

变化量 0.75 2.25 0.75 0.75

平衡量 0.25 0.75 0.75 0.75

①反应达平衡，CO2的平均反应速率v(CO2)=0.75/2×10= 0.0375mol/(L·min)；正确答案：0.0375mol/(L·min)。

②达到平衡时，H2的转化率为2.25/3×100%=75%；正确答案：75%。

③A.升高温度，反应速率加快，错误；B.加入催化剂，更大程度地加快反应速率，错误；C.增大压强，缩小体积，增大物质浓度，反应速率加快，错误；D.及时分离出CH3OH，减小生成物浓度，反应速率减慢，正确；正确选项D。

（3）A.平衡时反应混合物各组分的物质的量不变,但各组分的物质的量不一定相等,A错误；B.因为该反应为气体总量减小的反应，随反应进行混合气体总物质的量发生变化,混合气体的压强不随时间的变化而变化,说明混合气体总的物质的量再不变,说明反应到达平衡,B正确；C.单位时间内消耗1molCO,同时生成1molCH3OH,都表示正反应速率,反应始终按此关系进行,不能说明到达平衡, C错误；D.CH3OH的质量分数在混合气体中保持不变，说明可逆反应到达最大限度，即平衡状态, D正确；E.反应前后气体总质量不变，容器的体积不变，混合气体的密度始终为定值，不能判定反应达到平衡状态，E错误；正确选项BD。