Question

【題目】2018年，美國退出了《巴黎協(xié)定》實(shí)行再工業(yè)化戰(zhàn)略，而中國卻加大了環(huán)保力度，生動詮釋了我國負(fù)責(zé)任的大國形象。近年我國大力加強(qiáng)溫室氣體CO2催化氫化合成甲醇技術(shù)的工業(yè)化量產(chǎn)研究，實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展。

(1)已知：CO2(g)+H2(g)H2O(g) +CO(g)　 ΔH1 = +41.1 kJmol－1

CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)　 ΔH2=－90.0 kJmol－1

則CO2催化氫化合成甲醇的熱化學(xué)方程式：______________________。

(2)工業(yè)上一般在恒容密閉容器中可以采用下列反應(yīng)合成甲醇：CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)。判斷反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)的依據(jù)是(填字母序號)________.

A.生成CH3OH的速率與消耗CO的速率相等 B.混合氣體的密度不變

C.混合氣體的相對平均分子質(zhì)量不變 D.CH3OH、CO、H2的濃度都不再發(fā)生變化

(3)如表所列數(shù)據(jù)是反應(yīng)在不同溫度下的化學(xué)平衡常數(shù)(K)

溫度℃	250	300	350
K	2.041	0.270	0.012

①該反應(yīng)的化學(xué)平衡常數(shù)表達(dá)式為K＝_____。

②由表中數(shù)據(jù)判斷該反應(yīng)的△H_____0(填“＞”、“=”或“＜”)；

③某溫度下，將2molCO和6molH2充入2L的密閉容器中，充分反應(yīng)后，達(dá)到平衡時(shí)測得c(CO)=0.2mol/L，則此時(shí)的溫度為___________℃。

(4)要提高CO的轉(zhuǎn)化率，可以采取的措施是(填字母序號)__________________.

a.增加CO的濃度 b.加入催化劑 c.升溫 d.加入H2 e.加入惰性氣體 f.分離出甲醇

(5)在一定條件下，CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g) ΔH＝-49.0 kJ·mol－1體系中CO2的平衡轉(zhuǎn)化率()與L和X的關(guān)系如圖所示，L和X分別表示溫度或壓強(qiáng)。

①X表示的物理量是_____。

②判斷L1與L2的大小關(guān)系：L1_____L2(填“<”，“=”或“>”)，并簡述理由：____________________。

Answer 1

【答案】CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g) + H2O(g) ΔH =-48.9 kJ·mol-1 CD K＝ < 250 d、f 溫度 L1>L2 溫度一定時(shí)，增大壓強(qiáng)，CO2平衡轉(zhuǎn)化率增大

【解析】

（1）根據(jù)蓋斯定律書寫熱化學(xué)方程式并計(jì)算反應(yīng)熱；

（2）達(dá)到平衡狀態(tài)時(shí)，正反應(yīng)速率等于逆反應(yīng)速率，各物質(zhì)的濃度、物質(zhì)的量等不隨時(shí)間的變化而變化，據(jù)此分析判斷；

（3）①平衡常數(shù)為生成物濃度冪之積與反應(yīng)物濃度冪之積的比值；

②根據(jù)表格中數(shù)據(jù)的變化關(guān)系確定該反應(yīng)是吸熱還是放熱；

③根據(jù)三段法確定平衡時(shí)各物質(zhì)的濃度，計(jì)算出平衡常數(shù)，進(jìn)一步確定反應(yīng)所處的溫度；

（4）要提高CO的轉(zhuǎn)化率，只需讓反應(yīng)平衡正向移動，由此分析判斷；

（5）①由圖象可知，CO2的轉(zhuǎn)化率逐漸減小，根據(jù)溫度或壓強(qiáng)對平衡移動的影響進(jìn)行分析；

②X代表溫度，L表示壓強(qiáng)，該反應(yīng)為體積縮小的反應(yīng)，溫度一定時(shí)，增大壓強(qiáng)，平衡正向移動，CO2平衡轉(zhuǎn)化率增大。

（1）①CO2(g)+H2(g)H2O(g) +CO(g)　 ΔH1 = +41.1 kJmol－1

②CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)　 ΔH2=－90.0 kJmol－1

根據(jù)蓋斯定律可知反應(yīng)①+反應(yīng)②可得CO2催化氫化合成甲醇的熱化學(xué)方程式：CO2(g)+3H2(g)H2O(g)+CH3OH(g) ΔH =-48.9 kJ·mol-1；

（2）A. 生成CH3OH的速率與消耗CO的速率相等，不能證明正反應(yīng)速率等于逆反應(yīng)速率，因此不能證明反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)，A項(xiàng)錯(cuò)誤；

B.該反應(yīng)中氣體的重質(zhì)量不變，容器為恒容的密閉容器，體積不變，因此混合氣體的密度始終不變，因此混合氣體的密度不變，不能證明反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)，B項(xiàng)錯(cuò)誤；

C. 該反應(yīng)為氣體的物質(zhì)的量減少的反應(yīng)，氣體的總質(zhì)量不變，因此當(dāng)混合氣體的相對平均分子質(zhì)量不變時(shí)，反應(yīng)達(dá)到了平衡狀態(tài)，C項(xiàng)正確；

D. CH3OH、CO、H2的濃度都不再發(fā)生變化時(shí)，證明反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)，D項(xiàng)正確；

答案選CD；

（3）①根據(jù)平衡常數(shù)的定義可知，該反應(yīng)的平衡常數(shù)表達(dá)式為K＝；

②由表格中數(shù)據(jù)可知，隨著溫度的升高.平衡常數(shù)逐漸減小，因此該反應(yīng)為放熱反應(yīng)，即△H＜0；

③根據(jù)已知條件可知：

CO(g) + 2H2(g) CH3OH(g)

平衡常數(shù)K===2.041，與表格中數(shù)據(jù)對比可知，該反應(yīng)的溫度為250℃；

（4）a. 增加CO的濃度，平衡正向移動，但CO的轉(zhuǎn)化率減小，a項(xiàng)錯(cuò)誤；

b. 加入催化劑，反應(yīng)速率加快，但平衡不移動，b項(xiàng)錯(cuò)誤；

c. 該反應(yīng)為放熱反應(yīng)，升高溫度，平衡逆向移動，c項(xiàng)錯(cuò)誤；

d. 加入H2，平衡正向移動，CO的轉(zhuǎn)化率增大，d項(xiàng)正確；

e. 加入惰性氣體，雖增大了壓強(qiáng)，但容器的容積不變，各物質(zhì)的濃度不發(fā)生變化，平衡不移動，CO的轉(zhuǎn)化率不變，e項(xiàng)錯(cuò)誤；

f. 分離出甲醇，減少了生成物的濃度，平衡正向移動，CO的轉(zhuǎn)化率增大，f項(xiàng)正確；

答案選d、f；

（5）①由圖象可知，CO2的轉(zhuǎn)化率逐漸減小，該反應(yīng)為放熱反應(yīng)，升高溫度，平衡逆向移動，CO2的轉(zhuǎn)化率逐漸減小，因此X代表溫度，L表示壓強(qiáng)；

②X代表溫度，L表示壓強(qiáng)，該反應(yīng)為體積縮小的反應(yīng)，溫度一定時(shí)，增大壓強(qiáng)，平衡正向移動，CO2平衡轉(zhuǎn)化率增大。因此L1>L2。

化學(xué)反應(yīng)	mA(g)＋nB(g)pC(g)＋qD(g)	是否平衡
正、逆反 應(yīng)速率之 間的關(guān)系	①單位時(shí)間內(nèi)消耗了m mol A，同時(shí)也生成了m mol A	平衡
	②單位時(shí)間內(nèi)消耗了n mol B，同時(shí)也消耗了p mol C	平衡
	③v(A)∶v(B)∶v(C)∶v(D)＝m∶n∶p∶q	不一定平衡
	④單位時(shí)間內(nèi)生成了n mol B，同時(shí)也消耗了q mol D	不一定平衡
混合氣體的平均相對分子質(zhì)量	①平均相對分子質(zhì)量一定，且m＋n≠p＋q	平衡
	②平均相對分子質(zhì)量一定，且m＋n＝p＋q	不一定平衡
氣體密度(ρ)	①只有氣體參加的反應(yīng)，密度保持不變(恒容密閉容器中)	不一定平衡
	②m＋n≠p＋q時(shí)，密度保持不變(恒壓容器中)	平衡
	③m＋n＝p＋q時(shí)，密度保持不變(恒壓容器中)	不一定平衡