Question

（14分）CO₂作为未来碳源，既可弥补因石油、天然气等大量消耗引起的“碳源危机”，又可有效地解决温室效应。请回答下列问题：

（1）将所得CH₄与H₂O(g)通入聚焦太阳能反应器，发生反应CH₄(g)+H₂O(g)CO(g)+3H₂(g) △H = +206 kJ·mol^-1。将等物质的量的CH₄和H₂O(g)充入2 L恒容密闭容器，某温度下反应5 min后达到平衡，此时测得CO的物质的量为0.10 mol，则5 min内H₂的平均反应速率为                。平衡后可以采取下列               的措施能使n（CO）：n（CH₄）增大。

A．加热升高温度

B．恒温恒容下充入氦气

C．恒温下增大容器体积

D．恒温恒容下再充入等物质的量的CH₄和H₂O

（2）工业上可以利用CO为原料制取CH₃OH。

已知:CO₂(g)+3H₂(g)CH₃OH(g) +H₂O(g)  △H=-49.5 kJ·mol^－1

CO₂（g）+H₂（g）CO（g）+H₂O（g）    △H= + 41.3 kJ·mol^－1

①试写出由CO和H₂制取甲醇的热化学方程式                                 。

②该反应的△S       0(填“>”或“<”或“=”)，在          情况下有利于该反应自发进行。

（3）某科研人员为研究H₂和CO合成CH₃OH的最佳起始组成比n(H₂) ： n(CO)，在l L恒容密闭容器中通入H₂与CO的混合气（CO的投入量均为1 mol），分别在230°C、250°C和270°C进行实验，测得结果如下图，则230℃时的实验结果所对应的曲线是        (填字母)；理由是                  。列式计算270℃时该反应的平衡常数K：           。

Answer

（1）0.03mol/（L•min）；AC；

（2）CO（g）+2H2（g）⇌CH3OH（l）△H=-９０.８ kJ•mol-1； < 低温

（3）X

该反应是放热反应，温度越低转化率越高； K===1．

【解析】

试题分析：（1）5min内CO的平均化学反应速率v=△c/△t=0.1mol/(2L×5min)= 0.01mol/（L•min）, 氢气表示的平均反应速率是一氧化氮的3倍，即为0.03mol/（L•min）；

根据反应CH4（g）+H2O（g）⇌CO（g）+3H2（g） △H = +206 kJ·mol-1

A．加热升高温度，化学平衡正向移动，所以一氧化碳浓度增加，甲烷浓度减小，所以比值会增大，故A正确；

B．恒温恒容下充入氦气，各组分的浓度不变，所以平衡不移动，比值不变，故B错误；

C．恒温下增大容器体积则压强减小，化学平衡正向移动，所以一氧化碳浓度的减少量少于甲烷浓度减小量，所以比值会增大，故C正确；

D．恒温恒容下再充入等物质的量的CH4和H2O，相当于增大压强，化学平衡逆向动，所以一氧化碳浓度增加量少于甲烷浓度增加量，所以比值会减小，故D错误；

（2）①已知: ① CO2(g) +3H2(g) CH3OH(g) +H2O(g) △H=-49.5 kJ·mol－1

② CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g) △H= + 41.3 kJ·mol－1

CO和H2制取甲醇的热化学方程式可以经过①-②得到，所以该反应的焓变

△H=（-49.5kJ•mol-1 ）－（+41.3kJ•mol-1）=-90.8kJ•mol-1，

所以CO和H2制取甲醇的热化学方程式：CO（g）+2H2（g）⇌CH3OH（l） △H=-９０.８ kJ•mol-1

②该反应气体分子数减少为熵减即△S<0，放热反应即△H<0，由△G＝△H－T△S可得：低温下有利于反应的自发进行。

（3）合成甲醇是放热反应，温度越低CO转化率越大，结合图象可知，230℃的实验结果所对应的曲线是X；270℃时该反应的平衡常数K===1

考点：解化学反应速率的概念、反应速率的定量表示方法。 了解化学平衡常数的含义，能利用化学平衡常数进行相关计算。 理解外界条件（浓度、温度、压强、催化剂等）对反应速率和化学平衡的影响，认识并能用相关理论解释其一般规律。了解化学反应速率和化学平衡的调控在生活、生产和科学研究领域中的重要作用。