Question

甲醇是一种可再生能源，具有广泛的开发和应用前景。工业上一般采用下列反应合成甲醇：CO₂(g)＋3H₂(g)⇌CH₃OH(g)＋H₂O(g)。在体积为2L的密闭容器中，充入2molCO₂和9molH₂，测得CO₂(g)和CH₃OH(g)浓度随时间变化如图所示：

(1)该反应的平衡常数K表达式为________。

(2)0～10min时间内，该反应的平均反应速率v(H₂O)＝_______，H₂的转化率为_______。

(3)下列叙述中，能说明反应已达到化学平衡状态的是________(填字母)。

A.容器内CO₂、H₂、CH₃OH、H₂O(g)的浓度之比为1∶3∶1∶1

B.v_正(CO₂)∶v_逆(H₂)＝1∶3

C.平衡常数K保持不变

D.混合气体的平均相对分子质量保持不变

(4)已知在常温常压下：

①2CH₃OH(l)＋3O₂(g)=2CO₂(g)＋4H₂O(l)　ΔH₁＝－1452.8kJ·mol^－1

②2CO(g)＋O₂(g)=2CO₂(g)　ΔH₂＝－566.0kJ·mol^－1

写出甲醇不完全燃烧生成一氧化碳和液态水的热化学方程式：_______。

Answer

K＝ 0.075mol·L－1·min－1 50% BD CH3OH(l)＋O2(g)=2H2O(l)＋CO(g) ΔH=-443.4kJ·mol－1

【解析】

(1)平衡常数等于生成物浓度幂之积与反应物浓度幂之积之比，即K＝，故答案为：；

(2)0～10min时间内，CH3OH的物质的量浓度变化量=0.75mol/L，则v(CH3OH)==0.075mol·L－1·min－1，所以，v(H2O)=v(CH3OH)=0.075mol·L－1·min－1。生成甲醇的物质的量=0.75mol/L×2L=1.5mol，则转化了的氢气的物质的量=3×1.5mol=4.5mol，那么氢气的转化率==50%，故答案为：0.075mol·L－1·min－1；50%；

(3)达到平衡时，v正=v逆≠0，体系中各成分的量保持不变。

A．容器内CO2、H2、CH3OH、H2O(g)的浓度之比为1∶3∶1∶1不代表CO2、H2、CH3OH、H2O(g)的量不变，不能判断是否平衡，A错误；

B．由方程式计量数可知v逆(H2)＝3v逆(CO2)，又因为v正(CO2)∶v逆(H2)＝1∶3，即v逆(H2)＝3v正(CO2)，所以，3v逆(CO2)= 3v正(CO2)，v逆(CO2)= v正(CO2)，说明反应已平衡，B正确；

C．平衡常数K只和温度有关，温度不变，K不变，故平衡常数K保持不变，不能说明反应是否平衡，C错误；

D．该反应是一个气体总质量m不变，气体总物质的量n减小的反应，由n=可知，当混合气体的平均相对分子质量保持不变，即M不变，那么n也不变，说明已达到平衡，D正确；

综上所述，BD能说明反应已达平衡，故答案为：BD。

(4)得：CH3OH(l)＋O2(g)=2H2O(l)＋CO(g)，ΔH==-443.4kJ·mol－1，故答案为：CH3OH(l)＋O2(g)=2H2O(l)＋CO(g) ΔH=-443.4kJ·mol－1。