【題目】能源問題是人類社會面臨的重大課題,甲醇是未來重要的綠色能源之一。

1利用工業(yè)廢氣CO2可制取甲醇,已知常溫常壓下下列反應(yīng)的能量關(guān)系如圖:

CO2H2反應(yīng)生成CH3OH的熱化學(xué)方程式為_____________________

2CH4H2O(g)通過下列轉(zhuǎn)化也可以制得CH3OH;

ICH4(g)+H2O(g)CO(g)+3H2(g) △H1>0

CO(g)+2H2(g)CH3OH(g) △H2<0

1.0molCH43.0molH2O(g)通入反應(yīng)室(容積為100L)中,在一定條件下發(fā)生反應(yīng)I,CH4的轉(zhuǎn)化率與溫度、壓強的關(guān)系如下圖所示。

已知溫度為T1時達到平衡所需的時間為5min,則用H2表示的平均反應(yīng)速率為________

圖中的p1_______p2(“<”、“>”“=”),判斷的理由是________________________。

若反應(yīng)在恒容密閉容器進行,下列能判斷反應(yīng)達到平衡狀態(tài)的是_________(填序號)。

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.混合氣體的總物質(zhì)的量不變

dCH3OHCO、H2的濃度都不再發(fā)生變化

在某溫度下,將一定量的COH2投入10L的密閉容器中發(fā)生反應(yīng)II,5min時達到平衡,各物質(zhì)的物質(zhì)的濃度(mol·L﹣1)變化如下表所示:

2min

5min

10min

CO

0.07

0.06

0.05

H2

0.14

0.12

0.20

CH3OH

0.03

0.04

0.05

5min時只改變了某一條件,則所改變的條件是_____________;10min時測得各物質(zhì)濃度如表,10minv_______v(“<”、“>”“=”)。

【答案】1CO2(g)+3H2(g)=CH3OH(l)+H2O(l)△H=-50KJ/mol2①0.003mol/(L·min);<;該反應(yīng)為反應(yīng)前后氣體體積增大的反應(yīng),溫度相同時,壓強越大,CH4的轉(zhuǎn)化率越小,壓強為P1CH4的轉(zhuǎn)化率高,所以P1P2;③cd④1 mol氫氣;>。

【解析】

試題分析:11中的熱化學(xué)方程式為①CO(g)+H2O(l)=CO2(g)+H2(g)△H=-41kJ/mol

②CO(g)+2H2(g)=CH3OH(l)△H=-(510-419)kJ/mol=-91KJ/mol,

依據(jù)蓋斯定律②-①得:二氧化碳和氫氣制備甲醇的熱化學(xué)方程式:CO2(g)+3H2(g)=CH3OH(l)+H2O(l)△H=-50KJ/mol;

2由圖知道平衡時甲烷的轉(zhuǎn)化率為0.5,所以△c(CH4)==0.005mol/L,所以v(CH4)==0.001mol/(L·min),速率之比等于化學(xué)計量數(shù)之比,所以v(H2)=3v(CH4)=3×0.001mol/(L?min)=0.003mol/(L·min),故答案為:0.003mol/(L·min)

溫度相同時,作垂直x軸的輔助線,壓強為P1CH4的轉(zhuǎn)化率高,反應(yīng)為前后體積增大的反應(yīng),壓強增大平衡向體積減小的方向移動,即向逆反應(yīng)移動,CH4的轉(zhuǎn)化率降低,所以P1P2,故答案為:<;該反應(yīng)為反應(yīng)前后氣體體積增大的反應(yīng),溫度相同時,壓強大,CH4的轉(zhuǎn)化率越小,壓強為P1CH4的轉(zhuǎn)化率高,所以P1P2;

a、生成CH3OH的速率與消耗CO的速率都表示正反應(yīng)速率,不能判斷反應(yīng)達到平衡狀態(tài),錯誤;b、容器的體積不變,氣體的質(zhì)量不變,混合氣體的密度始終不變,不能判斷反應(yīng)達到平衡狀態(tài),錯誤;c、該反應(yīng)屬于氣體的物質(zhì)的量發(fā)生變化的反應(yīng),混合氣體的總物質(zhì)的量不變,表示反應(yīng)達到了平衡狀態(tài),正確;dCH3OH、COH2的濃度都不再發(fā)生變化,表示反應(yīng)達到了平衡狀態(tài),正確;故選cd

對比6min8min時各物質(zhì)的濃度可知改變條件后反應(yīng)反應(yīng)向正方向進行,按照轉(zhuǎn)化量之比等于計量系數(shù)之比△C(CO)△C(H2)△C(CH3OH)=0.01mol/L0.02mol/L0.01mol/L,所以8min后三種物質(zhì)的濃度應(yīng)為:(0.06-0.01)mol/L、(0.12-0.02)mol/L(0.04+0.01)mol/L,而8min后氫氣的濃度為0.2mol/L,所以多加了0.1mol/L×10=1mol的氫氣;該溫度下,甲醇的平衡濃度是0.06mol/L,氫氣的平衡濃度是0.12mol/L,一氧化碳的平衡濃度是0.04mol/L所以平衡常數(shù)K==≈46.3,10min時反應(yīng)的濃度商Qc====25K,反應(yīng)向正反應(yīng)方向進行,vv,故答案為:1 mol氫氣;>。

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