Question

甲醇是一种可再生能源，具有开发和应用的广阔前景。工业上一般以CO和H₂为原料合成甲醇，该反应的热化学方程式为：CO(g)+2H₂(g)CH₃OH(g)  △H₁=－116 kJ·mol^－1

（1）下列有关上述反应的说法正确的是________。

a．恒温、恒容条件下，容器内的压强不发生变化则可逆反应达到平衡

b．一定条件下，H₂的消耗速率是CO的消耗速率的2倍时可逆反应达到平衡

c．保持容器体积不变，升高温度可提高CO的转化率

d．使用合适的催化剂能缩短达到平衡的时间并提高CH₃OH的产量

（2）在容积为1L的恒容容器中，分别研究在230℃、250℃、270℃三种温度下合成甲醇的规律。右图是上述三种温度下不同的H₂和CO的起始组成比（起始时CO的物质的量均为1mol）与CO平衡转化率的关系。

①在上述三种温度中，曲线Z对应的温度是           。

②利用图中a点对应的数据，计算该反应在对应温度下的平衡常数K （写出计算过程）。

③在答题卡相应位置上画出：上述反应达到平衡后，减小体系压强至达到新的平衡过程中，正逆反应速率与时间的变化关系图并标注。

（3）已知：CO(g)+O₂(g)=CO₂(g) △H₂=－283 kJ·mol^－1

H₂(g)+O₂(g)=H₂O(g)       △H₃=－242 kJ·mol^－1

则表示1mol气态甲醇完全燃烧生成CO ₂和水蒸气时的热化学方程式为             。

Answer

（16分）

（1）①a（2分）   

②（5分）【解析】
根据图像可知CO的转化率为50%，H2的物质的量为1.5mol，则：

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

各组分的起始浓度/ mol·L－1   1      1.5       0

各组分的变化浓度/ mol·L－1  0.5      1       0.5

各组分的平衡浓度/ mol·L－1  0.5     0.5       0.5（2分）

K===4L2•mol—2

（3分，K的表达式、代入数据、结果各1分，不带单位不扣分）

③

共4分，分两个给分点：①逆反应速率变化曲线正确，而且标注正确，给2分（曲线起点或曲线平台或标注3要素，3个正确给2分，2个正确给1分，1个正确给0分。）；②正反应速率变化曲线正确，而且标注正确，给2分（曲线起点或曲线平台或标注3要素，3个正确给2分，2个正确给1分，1个正确给0分。）

（3）CH3OH(g)+3/2O2(g) CO2(g)+2H2O(g)   △H=—651kJ•mol—1

（3分，方程式含状态正确1分、反应热2分，单位错漏扣1分）

【解析】

试题分析：（1）由于CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)的正反应是气体物质的量减小的方向，随着反应的正向进行，容器内气体总的物质的量逐渐减小，因此恒温、恒容条件下，容器内的压强逐渐减小，当压强不再变化，说明容器内气体总的物质的量保持不变，反应达到平衡，故a正确；氢气的消耗速率和CO得消耗速率都是正反应速率，它们之比始终等于系数之比，缺少逆反应速率，故b错；CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)；△H1=－116 kJ·mol－1，说明正反应是放热反应，升高温度平衡向吸热或逆反应方向移动，则CO的转化率减小，故c错；催化剂不能使平衡移动，可以加快反应速率，因此使用催化剂能缩短达到平衡的时间，但是不能提高CH3OH的产量，故d错；（2）①合成甲醇方向是放热反应，升高温度平衡向吸热或逆反应方向移动，CO的平衡转化率减小，则CO的转化率越小，反应温度越高，图中n(H2)/n(CO)保持不变时，CO的平衡转化率：X>Y>Z，则曲线Z对应的温度是270℃；②读图可得，a点的横坐标n(H2)/n(CO)=1.5，纵坐标CO的平衡转化率为50%，设起始时n(CO)=1mol，则n(H2)=1.5mol，则：

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

各组分的起始浓度/ mol·L－1   1      1.5       0

各组分的变化浓度/ mol·L－1  0.5      1       0.5

各组分的平衡浓度/ mol·L－1  0.5     0.5       0.5

K===4L2•mol—2

③画图要点：a．由于CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)的正反应是气体体积减小的方向，增大容器体积减小体系压强时，平衡向气体体积增大或逆反应方向移动，则逆反应速率大于正反应速率；b．由于反应物和生成物均随容器体积增大而减小，则正反应速率和逆反应速率均明显减小；c．达到新平衡之前，逆反应速率逐渐减小，正反应速率逐渐增大，因为平衡向逆反应方向移动，生成物浓度逐渐减小，反应物浓度逐渐增大，但都比原平衡的小；d．达到新平衡时，正反应速率和逆反应速率相等，但都比原平衡的小；（3）先将已知两个热化学方程式编号为①②③，再根据盖斯定律，由②+③×2—①可得：CH3OH(g)+3/2O2(g) CO2(g)+2H2O(g)   △H=—651kJ•mol—1。

考点：考查化学反应原理，涉及化学平衡的标志、外界条件对平衡移动的影响、、化学平衡常数的计算、放热反应和吸热反应、温度对平衡移动的影响、画出压强对反应速率和平衡移动的图像、盖斯定律、热化学方程式等。