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CH₃OH。

（1）已知：CO₂(g)＋3H₂(g)===CH₃OH(g)＋H₂O(g)  ΔH₁

2CO(g)＋O₂(g)===2CO₂(g)  ΔH₂

2H₂(g)＋O₂(g)===2H₂O(g)  ΔH₃

则反应CO(g)＋2H₂(g)===CH₃OH(g)的ΔH＝______。

（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温度下的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 ℃、1.3×10⁴ kPa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，若容器内的压强不再发生变化，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2 mol CO和6 mol H₂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）一定温度下，向2 L固定体积的密闭容器中加入1 mol CH₃OH(g)，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。

0～2 min内的平均反应速率v(CH₃OH)＝__________。该温度下，反应CO(g)＋2H₂(g) CH₃OH(g)的平衡常数K＝__________。相同温度下，在一个恒容容器中加入一定量的CO(g)和H₂发生：CO(g)＋2H₂(g) CH₃OH(g)的反应，某时刻测得体系中各物质的量浓度如下：C（CO）=0.25 mol·L^－1，C（H₂）=1.0 mol·L^－1，C（CH₃OH）=0.75 mol·L^－1，则此时该反应_____进行（填“向正反应方向”“向逆反应方向”或“处于平衡状态”）。

Answer

ΔH1＋ΔH2－ΔH3 ＞ 350 1.3×104 kPa下CO的转化率已经很高，如果增大压强，CO的转化率提高不大，而生产成本增加很多，得不偿失 AD 0.125 mol·L－1·min－1 4 向正反应方向

【解析】

（1）.已知：①.CO2(g)＋3H2(g)===CH3OH(g)＋H2O(g) ΔH1 ②.2CO(g)＋O2(g)===2CO2(g) ΔH2 ③.2H2(g)＋O2(g)===2H2O(g) ΔH3

根据盖斯定律，①＋②÷2－③÷2得：CO(g)＋2H2(g)===CH3OH(g)，则△H＝ΔH1＋ΔH2－ΔH3，故答案为：ΔH1＋ΔH2－ΔH3；

(2). ①. 由图象可知，根据“先拐先平数值大”的原则，温度T1＜T2，升高温度CO的转化率降低，说明正反应为放热反应，平衡逆向移动，则K值减小，即K1>K2，故答案为：>；

②. 根据上述分析可知，该反应为放热反应，升高温度CO的转化率降低，由图象可知，曲线c对应的CO转化率最低，温度应最高，即为350℃；根据CO在不同温度下的平衡转化率与压强的关系图可知在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，故答案为：350；1.3×104kPa下CO的转化率已经很高，如果增大压强，CO的转化率提高不大，而生产成本增加很多，得不偿失；

③. A. 反应前后气体的物质的量不等，恒温、恒容条件下，若容器内的压强不发生变化，可说明可逆反应达到平衡，故A正确；B. 无论是否达到平衡状态，都存在H2的消耗速率是CO的消耗速率的2倍，因此不能判断是否达到平衡状态，故B错误；C. 使用合适的催化剂能缩短达到平衡的时间，但不能使平衡发生移动，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，则剩余0.4molCO，所以CO的转化率为（2mol−0.4mol）÷2mol×100%=80%，故D正确；故答案为：AD；

(3).平衡时氢气的浓度为0.5mol/L，则v(H2)=0.5mol/L÷2min=0.25mol⋅L−1⋅min−1，则v(CH3OH)=0.125mol⋅L−1⋅min−1；

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

起始浓度(mol/L) 0.5         0       0

转化浓度(mol/L) 0.25      0.25    0.5

平衡浓度(mol/L) 0.25      0.25    0.5

则K1==0.25，求得该反应的化学平衡常数为0.25(mol/L)2，CO(g)+2H2(g)⇌CH3OH(g)是该反应的逆反应，所以K＝＝＝4；

某时刻测得体系中各物质的量浓度如下：C（CO）=0.25 mol·L－1，C（H2）=1.0 mol·L－1，C（CH3OH）=0.75 mol·L－1，则此时Qc＝＝3＜K＝4，则平衡向正反应向移动；故答案为： 0.125 mol·L－1·min－1；4；向正反应方向。