Question

【題目】工業(yè)上已經(jīng)實(shí)現(xiàn)CO2與H2反應(yīng)合成甲醇。在一恒溫、恒容密閉容器中充入2molCO2和6molH2，一定條件下發(fā)生反應(yīng)：CO2(g)+3H2(g)=CH3OH(g)+H2O(g)，測(cè)得CO2和CH3OH(g)的濃度隨時(shí)間變化如圖所示。請(qǐng)回答：

（1）該密閉容器的容積是___。

（2）達(dá)到未平衡狀態(tài)的時(shí)刻是___min(填“3”或“10”)。

（3）在前3min內(nèi)，用H2濃度的變化表示的反應(yīng)速率v(H2)=___mol/(L·min)。

（4）10min時(shí)體系的壓強(qiáng)與開(kāi)始時(shí)壓強(qiáng)之比為__。

（5）達(dá)平衡后H2O(g)的物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)是___。

（6）已知：①CO(g)+2H2(g)=CH3OH(g) △H=-90.1kJ/mol，②CO(g)+H2O(g)=CO2(g)+H2(g）△H=-41.1kJ/mol，則CO2與H2反應(yīng)合成CH3OH(g)的熱化學(xué)方程式__，反應(yīng)在10min內(nèi)所放出的熱量為__。

Answer 1

【答案】2L 3 0.225 mol/(L·min) 30% CO2(g)+3H2(g)=CH3OH(g)+H2O(g) △H =-49 kJ/mol 98 kJ

【解析】

在一恒溫、恒容密閉容器中充入2molCO2和6molH2，從圖像可知，CO2的初始濃度為1mol/L，則體積= =2L，當(dāng)各物質(zhì)的濃度不再隨時(shí)間的變化而變化，而反應(yīng)處于平衡狀態(tài)，由圖像可知，3min后CO2和CH3OH的濃度還在發(fā)生變化，10min后，CO2和CH3OH的濃度不發(fā)生變化，故3min是未平衡狀態(tài)，10min為平衡狀態(tài)。根據(jù)v=計(jì)算反應(yīng)速率；由圖可知，在第3min時(shí)，根據(jù)v=可知二氧化碳反應(yīng)速率，二氧化碳與氫氣的速率之比等于它們的計(jì)量數(shù)之比，可算出氫氣的反應(yīng)速率；

（4）10min時(shí)達(dá)到平衡，利用三段式，算出10min后氣體的物質(zhì)的量與開(kāi)始時(shí)的物質(zhì)的量之比，在相同情況下，氣體的壓強(qiáng)之比等于物質(zhì)的量之比，可計(jì)算出10min時(shí)體系的壓強(qiáng)與開(kāi)始時(shí)壓強(qiáng)之比為。達(dá)平衡后H2O(g)的物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)是=nH2O/n總，利用蓋斯定律①-②可得到正確的熱化學(xué)方程式。

（1）在一恒溫、恒容密閉容器中充入2molCO2和6molH2，從圖像可知，CO2的初始濃度為1mol/L，則體積=n/v=2/1=2L，

故答案為：2L；

（2）當(dāng)各物質(zhì)的濃度不再隨時(shí)間的變化而變化，而反應(yīng)處于平衡狀態(tài)，由圖像可知，3min后CO2和CH3OH的濃度還在發(fā)生變化，10min后，CO2和CH3OH的濃度不發(fā)生變化，故3min是未平衡狀態(tài)，10min為平衡狀態(tài)，

故答案為：3；

（3）由圖可知，在第3min時(shí)，根據(jù)v=可知二氧化碳反應(yīng)速率，二氧化碳與氫氣的速率之比等于它們的計(jì)量數(shù)之比，可算出氫氣的反應(yīng)速率；根據(jù)圖像可知，vCO2===0.075 mol/(L·min)，根據(jù)反應(yīng)CO2(g)+3H2(g)=CH3OH(g)+H2O(g)，二氧化碳的氫氣的速率之比等于1：3，故vCO2：vH2=1：3，vH2==3vCO2=3×0.075 mol/(L·min)=0.225 mol/(L·min)，

故答案為：0.225 mol/(L·min)；

（4）列出三段式 CO2(g)+3H2(g)=CH3OH(g)+H2O(g)

始 mol/L 1 3 0 0

變 mol/L 0.75 2.25 0.75 0.75

平 mol/L 0.25 0.75 0.75 0.75

10min后達(dá)到平衡，10min時(shí)體系的壓強(qiáng)與開(kāi)始時(shí)壓強(qiáng)之比為=，

故答案為：；

（5）達(dá)平衡后H2O(g)的物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)===30%，

故答案為：30%；

（6）已知：①CO(g)+2H2(g)=CH3OH(g) △H1=-90.1kJ/mol，②CO(g)+H2O(g)=CO2(g)+H2(g）△H2=-41.1kJ/mol，利用蓋斯律①-②得到CO2(g)+3H2(g)=CH3OH(g)+H2O(g) △H=△H1-（△H2）=-90.1+41.1=-49 kJ/mol，1molCO2完全反應(yīng)生成放出49 kJ的熱量，而題目所給的2molCO2完全反應(yīng)，則放出的熱量98 kJ的熱量，

故答案為：CO2(g)+3H2(g)=CH3OH(g)+H2O(g) △H =-49 kJ/mol；98 kJ。