Question

甲醇是重要的化工原料，又可称为燃料。工业上利用合成气(主要成分为CO、CO₂和H₂)在催化剂的作用下合成甲醇，发生的主要反应如下：

①CO(g)+2H₂(g)CH₃OH(g)    △H

②CO₂(g)+3H₂(g)CH₃OH(g)+H₂O(g)   △H₂=-58kJ•mol^-1

③CO₂(g)+H₂(g)CO(g)+H₂O(g)     △H₃=+41kJ•mol^-1

回答下列问题：

（1）已知反应①中的相关的化学键键能数据如下：

则x=____________；

（2）若T℃时将6molCO₂和8molH₂充入2L密闭容器中发生反应②，测得H₂的物质的量随时间变化关系如图中状态I(图中实线)所示。图中数据A(1，6)代表在1min时H₂的物质的量是6mol。

①T℃时状态I条件下，0~3min内CH₃OH的平均反应速率v=_______mol/(L·min)，平衡常数K=_____；

②其他条件不变时，仅改变某一条件后测得H₂的物质的量随时间变化如图中状态Ⅱ所示，则改变的条件可能是_____；

③其他条件不变，仅改变温度时，测得H₂的物质的量随时间变化如图中状态Ⅲ所示，则状态Ⅲ对应的温度_______(填“＞”、“＜”或“=”)T℃；

④若状态Ⅱ的平衡常数为K₂，状态Ⅲ的平衡常数为K₃，则K₂_______(填“＞”、“＜”或“=”)K₃；

⑤一定温度下同，此反应在恒容容器中进行，能判断该反应达到化学平衡依据的是_______。

a．容器中压强不变             

b．甲醇和水蒸汽的体积比保持不变

c．v_正(H₂)=3v_逆CH₃OH)     

d．2个C=O断裂的同时有6个H—H断裂

Answer

(每空2分)

（1）413 （2）①0.28 0.5 ②增大压强 ③＞ ④＞ ⑤ a c(漏写得1分,错写不得分)

【解析】

试题分析：（1）根据盖斯定律：反应③+反应①=反应②，故△H=△H2-△H3=-58kJ•mol-1-(+41kJ．mol-1)=-99kJ．mol-1，反应热=反应物总键能-生成物总键能，故

△H1=1076kJ．mol-1+2×436kJ．mol-1-(3×x+343+465)kJ．mol-1=-99kJ．mol-1，解得：x=413；

（2）①有图表可知，3min时H2的物质的量为3mol，则H2变化物质的量为5mol，CH3OH的变化物质的量为，0~3min内CH3OH的平均反应速率v==0.28mol/(L·min)；8min后反应达到平衡状态，此时H2的物质的量为2mol，变化物质的量为6mol，此时平衡状态中CO2的物质的量为4mol，CH3OH的物质的量为2mol，H2O(g)的物质的量为2mol，此时平衡常数K==0.5；

②状态Ⅱ反应速率增大，转化的氢气的物质的量多，因增大压强平衡正向移动，故应是增大压强；

③状态Ⅲ反应速率增大，但转化的氢气的物质的量少，应是升高温度，因该反应放热，升高温度平衡逆向移动，不利于氢气的转化，故状态Ⅲ对应的温度＞T℃；

④状态Ⅱ与状态I相同温度下发生的反应；状态Ⅲ是升高温度，温度升高平衡逆向移动，平衡常数减小，则K2＞K3；

（5）a．因气态反应物与气态生成物的系数和不等，则容器中压强不变时，是平衡状态，故a正确；b．随着反应的进行，甲醇和水蒸汽的体积比可能始终保持不变，则不一定是平衡状态，故b错误；c．当v正(H2)=3v逆CH3OH) 时，反应达到平衡状态，故b正确；d．C=O断裂和H—H断裂都说明反应正向进行，不能说明是平衡状态，故d错误；答案为ac。

考点：考查化学反应速率或平衡的图象和热化学反应方程式，以及考查平衡常数的计算及化学平衡状态的判断等。