Question

煤气化和液化是现代能源工业中重点考虑的能量综合利用方案。最常见的气化方法为用煤生成水煤气，而当前比较流行的液化方法用煤生成CH₃OH。

（1）已知：CO₂(g)+3H₂(g)=CH₃OH(g)+H₂O(g)   △H₁

2CO(g)+O₂(g)=2CO₂(g)    △H₂

2H₂(g)+O₂(g)=2H₂O(g)     △H₃

则反应CO(g) +2H₂(g)=CH₃OH(g) 的△H=_______。

（2）如图是该反应在不同温度下CO的转化率随时间变化的曲线。

①T₁和T₂温度下平衡常数大小关系是K₁____K₂（填“>”“<”或“=”）。

②由CO合成甲醇时，CO在250℃、300℃、350℃下达到平衡时转化率与压强的关系曲线如下图所示，则曲线c所表示的温度为______℃，实际生产条件控制在250℃、1.3×10⁴kPa左右，选择此压强的理由是______。

③以下有关该反应的说法正确的是_________（填序号）。

A．恒温、恒容条件下同，若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．使用合适的催化剂能缩短达到平衡的时间并提高CH₃OH的产率

D．某温度下，将2molCO和6molH₂充入2L密闭容器中，充分反应，达到平衡后，测得c(CO)=0.2mol/L，则CO的转化率为80%

（3）一定温度下，向2L固定体积的密闭容器中加入1molCH₃OH，发生反应：CH₃OH(g) CO(g) +2H₂(g)，H₂的物质的量随时间变化的曲线如图所示。

0～2min内的平均反应速率v(CH₃OH)= ____________；该温度下，CO(g)+2H₂(g)CH₃OH(g)的平衡常数K=____________；相同温度下，若开始加入CH₃OH(g)的物质的量是原来的2倍，则_____ 是原来的2倍．

A．平衡常数      B．CH₃OH的平衡浓度     C．达到平衡的时间   D．平衡时气体的密度

Answer

(1) △H1+1/2△H2-1/2△H3 (2) ① ＞ ②350 在1.3×104kPa下，CO的转化率已经很高，如果增加压强CO的转化率提高不大，而生产成本增加，得不偿失 ③ AD

(3) 0.125mol•L-1•min-1 4L-2•mol-2 D

【解析】

试题分析：（1）①CO2（g）+3H2（g）═CH3OH（g）+H2O（g）△H1；

②2CO（g）+O2（g）═2CO2（g）△H2；

③2H2（g）+O2（g）═2H2O（g）△H3；

依据盖斯定律计算(①×2+②-③)×1/2得到，反应CO(g)+2H2(g)═CH3OH(g)的△H=△H1+1/2△H2-1/2△H3；（2）①根据先拐先平原则，由图可知，温度T1＜T2，平衡时，温度越高CO的转化率越小，说明升高温度，平衡向逆反应移动，升高温度平衡向吸热反应移动，故该反应正反应为放热反应；升高温度，平衡向逆反应移动，所以K1＞K2；②温度越高CO的转化率越低，故C点对应温度最高，为350℃；在1.3×104kPa下，CO的转化率已经很高，如果增加压强CO的转化率提高不大，而生产成本增加，得不偿失；③已知反应CO(g)+2H2(g)═CH3OH(g) A．因气态反应物与生成物的系数和不等，恒温、恒容条件下同，若容器内的压强不发生变化，则可逆反应达到平衡，故A正确；B．一定条件下，H2的消耗速率是CO的消耗速率的2倍时，体现的是反应正向进行的速率，无法判断可逆反应达到平衡，故B错误；C．使用合适的催化剂能缩短达到平衡的时间，但不影响的移动，不能提高CH3OH的产率，故C错误；D．某温度下，将2molCO和6molH2充入2L密闭容器中，充分反应，达到平衡后，测得c(CO)=0.2mol/L，剩余CO的物质的量为0.2mol/L×2L=0.4mol，CO变化的变化量为2mol-0.4mol=1.6mol，则CO的转化率为1.6mol/2mol×100%=80%，故D正确，答案为AD；(3) 据图象可求出H2的化学反应速率，再据化学反应中用各物质表示的速率之比等于系数之比，可求得第一问．据三段式法求得平衡时各物质的浓度，

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

反应前浓度（mol/L ）0.5 0 0

反应的浓度（mol/L ）0.25 0.25 0.5

反应的浓度（mol/L ）0.25 0.25 0.5

代入公式K=(0.5×0.5×0.25)/0.25=0.25，求得该反应的化学平衡常数为0.25(mol•L)2，所求反应的K，是该反应的逆反应，平衡常数是其倒数即K=1/0.25(mol•L)2=4L2•mol-2；体积不变的容器中，反应物与生成物全是气体，质量加倍，故密度加倍。

【考点定位】考查热化学方程式的书写及化学平衡的计算，涉及影响平衡的因素，化学平衡常数、盖斯定律的应用等。

【名师点晴】影响反应速率的外界因素主要有温度、浓度、压强及催化剂，其中温度、浓度及压强的改变影响平衡状态，而催化剂只改变反应速率不改变平衡的移动，特别注意的是压强的改变必须引进体积的变化，从而影响浓度，才能影响反应速率及平衡的移动。本题（1）是解题关键，可根据先拐先平原则，由图1可知，温度T1＜T2，平衡时，温度越高CO的转化率越小，说明升高温度，平衡向逆反应移动，升高温度平衡向吸热反应移动，据此判断反应热，K1与K2关系。另外温度不变是同一可逆反应正向反应平衡常数与逆向反应的平衡的乘积为1，这是易错点。