Question

（10分）研究和开发CO₂和CO的创新利用是环境保护和资源利用双赢的课题。在催化剂作用下，CO可用于合成甲醇：CO(g) + 2H₂(g) CH₃OH(g)。

（1）若在恒温恒压的条件下，向密闭容器中充入4 mol CO和8 mol H₂，合成甲醇，平衡时CO的转化率与温度、压强的关系如图所示：

①该反应的正反应属于________反应（填“吸热”或“放热”）。

②在0.1 MPa、100 ℃的条件下，该反应达到平衡时容器内气体的物质的量为_________mol。

（2）若在恒温恒容的条件下，向上述平衡体系中充入4 mol CO，8 mol H₂，与（1）相比，达到平衡时CO转化率_______（填“增大”，“不变”或“减小”）， 平衡常数K_______（填“增大”，“不变”或“减小”）。

（3）在上述合成甲醇的反应中需要用到H₂做反应物，以甲烷为原料制取氢气是工业上常用的制氢方法。已知：①CH₄(g) + H₂O(g) = CO(g) + 3H₂(g)    ΔH = +206.2 kJ·mol^-1

②CH₄(g) + CO₂(g) = 2CO(g) + 2H₂(g)    ΔH = +247.4 kJ·mol^-1

则CH₄和H₂O(g)反应生成CO₂和H₂的热化学方程式为：                          。

Answer

（1） ①放热 （2分） ②8 （2分） （2）减小 （2分） 不变 （2分）（3） CH4(g) + 2H2O(g) === CO2(g) + 4H2(g) ΔH = +165.0 kJ·mol-1 （2分）

【解析】

试题分析：（1） ①从图看出，压强不变时，温度越高转化率越低，说明升高温度平衡向逆向移动，故反应为放热反应。②在0.1 MPa、100 ℃的条件下CO的转化率为0.5，根据反应方程式：

CO(g) + 2H2(g) CH3OH(g)。

n(起始)/ mol 4 8 0

n(变化)/ mol 2 4 2

n(平衡)/mol 2 4 2 所以平衡时气体总物质的量为8mol.

（2）反应是一个气体压强减小的反应，如果在恒温恒容的条件下反应，相对于（1）是减小了压强，平衡向逆向移动，CO的转化率减小。平衡常数只与温度有关，温度没有变，平衡常数不发生改变。 （3）将①×-②可得CH4和H2O(g)的反应方程式，则ΔH =206.2×2-247.4=+165.0 kJ·mol-1，故CH4和H2O(g)反应生成CO2和H2的热化学方程式为： CH4(g) + 2H2O(g) === CO2(g) + 4H2(g) ΔH = +165.0 kJ·mol-1

考点：化学平衡图像、化学平衡的移动和热化学方程式的计算。