Question

煤气化和液化是现代能源工业中重点考虑的能源综合利用方案。最常见的气化方法为用煤生产水煤气，而当前比较流行的液化方法为用煤生产CH ₃OH。已知制备甲醇的有关化学反应及平衡常数如下：①CO ₂(g)＋3H ₂(g)=CH ₃OH(g)＋H ₂ O(g) Δ H ₁ =-90.8KJ/mol，②CO(g)＋H₂O(g)=CO₂(g)＋H₂(g)　Δ H ₂ =-41.2kJ/mol,③CO(g)＋2H₂(g)=CH₃OH(g)Δ H ₃　850 ℃平衡常数分别为k₁=160， K₂＝243，K₃=160，甲醇可以与乙酸反应制香料CH ₃OH（l）+CH₃COOH（l） CH₃COOCH₃（l）+H₂O（l）

（1）则反应Δ H ₃＝ ___________  制香料的K的表达式_____________

（2）由CO合成甲醇时，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，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，H ₂ 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CH ₃OH的产率

D．某温度下，将2 mol CO和6 mol H ₂ 充入2 L密闭容器中，充分反应，达到平衡后，测得c (CO)＝0.2 mol·L ^{－ 1} ，则CO的转化率为80%

（3）850 ℃时，在密闭容器中进行反应①开始时只加入CO₂ 、H ₂，反应10min后测得各组分的浓度如下比较正逆反应的速率的大小：

v_正 __________ v_逆(填“＞、＜或＝”)   该时间段内反应速率v(H₂)＝ __________

物质	H 2	CO 2	CH 3 OH	H 2 O
浓度(mol/L)	0.2	0.2	0.4	0.4

（4）在一定条件下3L恒容密闭容器中,充入一定量的H₂和CO₂仅发生反应①，实验测得反应物在不同起始投入量下，反应体系中CO₂的平衡转化率与温度的关系曲线，如图1所示。

①H₂和CO₂的起始的投入量以A和B两种方式投入

A：n(H₂)=3mol，n(CO₂)=1.5mol

B：n(H₂)=3mol，n(CO₂)=2mol，曲线I代表哪种投入方式____（用A、B表示）

②在温度为500K的条件下，按照A方式充入3mol H₂和1.5mol CO₂，该反应10min时达到平衡，在此条件下，系统中CH₃OH的浓度随反应时间的变化趋势如图2所示，当反应时间达到3min时，迅速将体系温度升至600K，请在图2中画出3～10min内容器中CH₃OH浓度的变化趋势曲线___。

Answer

-132.0 kJ/mol K＝c(CH3COOCH3)c(H2O)/c（CH 3OH）c(CH3COOH) AD ＞ 0.12 molL-1min-1 A

【解析】（1）已知：①CO2(g)＋3H2(g)=CH3OH(g)＋H2O(g) Δ H1 =-90.8KJ/mol，②CO(g)＋H2O(g)=CO2(g)＋H2(g) Δ H2 =-41.2kJ/mol，③CO(g)＋2H2(g)=CH3OH(g)Δ H3，依据盖斯定律计算①+②得到CO(g)＋2H2(g)=CH3OH(g)（g）△H3=-132.0 kJ/mol。根据甲醇可以与乙酸反应制香料的反应CH3OH（l）+CH3COOH（l）→CH3COOCH3（l）+H2O（l）可知平衡常数K＝c(CH3COOCH3)c(H2O)/c（CH 3OH）c(CH3COOH)；（2）CO(g)＋2H2(g)=CH3OH(g)△H 3=-132.0 kJ/mol，反应是气体体积减小的放热反应，A．反应前后气体体积变化，恒温、恒容条件下，若容器内的压强不发生变化，则可逆反应达到平衡，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，表明反应正向进行，不能说明可逆反应达到平衡，B错误；C．催化剂改变反应速率，不改变化学平衡，使用合适的催化剂能缩短达到平衡的时间，但不能提高CH3OH的产率，C错误；D．某温度下，将2mol CO和6mol H2 充入2L密闭容器中，充分反应，达到平衡后，测得c (CO)=0.2mol•L-1，则CO的转化率=(2mol−0.2mol/L×2L)/2mol×100%=80%，D正确；答案选AD；（3）850℃平衡常数分别为k1=160，CO2(g)＋3H2(g)=CH3OH(g)＋H2O(g)，浓度商Qc=0.4×0.4/0.2×0.23=100＜K=160，说明反应正向进行，v正＞v逆。

CO2(g)＋3H2(g)=CH 3OH(g)＋H2O(g)

起始浓度（mol/L） 0.6 1.4 0 0

变化浓度（mol/L） 0.4 1.2 0.4 0.4

10min浓度（mol/L）0.2 0.2 0.4 0.4

该时间段内反应速率v（H2）=1.2mol/L/10min=0.12mol/（L•min）；（4）①A：n（H2）=3mol，n（CO2）=1.5mol，B：n（H2）=3mol，n（CO2）=2mol，二者比较B相当于增大二氧化碳的量，转化率小于A，所以曲线 I代表A的投料，答案选A；②在温度为500K的条件下，充入3mol H2和1.5mol CO2，该反应10min时达到平衡，二氧化碳的转化率是60%，则

CO2(g)＋3H2(g)=CH 3OH(g)＋H2O(g)

初始浓度（mol/L）0.5 1 0 0

变化浓度（mol/L）0.21 0.63 0.21 0.21

平衡浓度（mol/L）0.29 0.37 0.21 0.21

当反应时间达到3min时，迅速将体系温度升至600K，则平衡正向进行，甲醇的浓度会增加，图象为。