Question

【題目】甲醇是重要的化工原料，又可稱為燃料。工業(yè)上利用合成氣（主要成分為CO、CO2和H2）在催化劑的作用下合成甲醇，發(fā)生的主反應(yīng)如下：

①CO(g)+2H2(g)CH3OH(g) △H

②CO2(g)+3H2(g)CH3OH（g）+H2O(g) △H＝－58 kJ/mol

③CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g) △H＝＋41 kJ/mol

回答下列問題：

（1）已知反應(yīng)①中的相關(guān)的化學(xué)鍵鍵能數(shù)據(jù)如下：

化學(xué)鍵	H－H	C－O	C O	H－O	C－H
E/（kJ.mol-1）	436	343	1076	465	x

則x＝_________。

（2）若T℃時(shí)將6molCO2和8molH2充入2L密閉容器中發(fā)生反應(yīng)②，測(cè)得H2的物質(zhì)的量隨時(shí)間變化如圖中狀態(tài)Ⅰ(圖中實(shí)線)所示。圖中數(shù)據(jù)A(1，6)代表在1min時(shí)H2的物質(zhì)的量是6mol。

①T℃時(shí)狀態(tài)Ⅰ條件下，0～3min內(nèi)CH3OH的平均反應(yīng)速率v＝_____________mol/(L·min)，平衡常數(shù)K＝____；

②其他條件不變時(shí)，僅改變某一條件后測(cè)得H2的物質(zhì)的量隨時(shí)間變化如圖中狀態(tài)Ⅱ所示，則改變的條件可能是_______；

③其他條件不變，僅改變溫度時(shí)，測(cè)得H2的物質(zhì)的量隨時(shí)間變化如圖中狀態(tài)Ⅲ所示，則狀態(tài)Ⅲ對(duì)應(yīng)的溫度________(填“＞”“＜”或“=”)T℃；

④若狀態(tài)Ⅱ的平衡常數(shù)為K2，狀態(tài)Ⅲ的平衡常數(shù)為K3，則K2____(填“＞”“＜”或“＝”)K3；

⑤一定溫度下，此反應(yīng)在恒容容器中進(jìn)行，能判斷該反應(yīng)達(dá)到化學(xué)平衡狀態(tài)依據(jù)的是_____。

a．容器中壓強(qiáng)不變 b．甲醇和水蒸氣的體積比保持不變

c．v正（H2）＝3v逆（CH3OH） d．2個(gè)C＝O斷裂的同時(shí)有6個(gè)H—H斷裂

Answer 1

【答案】 413 0.28 0.5 增大壓強(qiáng) ＞ ＞ a c

【解析】試題分析：（1）根據(jù)蓋斯定律：反應(yīng)③+反應(yīng)①=反應(yīng)②，故△H=△H2-△H3=-58kJmol-1-(+41kJ．mol-1)=-99kJ．mol-1，反應(yīng)熱=反應(yīng)物總鍵能-生成物總鍵能，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有圖表可知，3min時(shí)H2的物質(zhì)的量為3mol，則H2變化物質(zhì)的量為5mol，CH3OH的變化物質(zhì)的量為，0~3min內(nèi)CH3OH的平均反應(yīng)速率v==0.28mol/(L·min)；8min后反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)，此時(shí)H2的物質(zhì)的量為2mol，變化物質(zhì)的量為6mol，此時(shí)平衡狀態(tài)中CO2的物質(zhì)的量為4mol，CH3OH的物質(zhì)的量為2mol，H2O(g)的物質(zhì)的量為2mol，此時(shí)平衡常數(shù)K==0.5；

②狀態(tài)Ⅱ反應(yīng)速率增大，轉(zhuǎn)化的氫氣的物質(zhì)的量多，因增大壓強(qiáng)平衡正向移動(dòng)，故應(yīng)是增大壓強(qiáng)；

③狀態(tài)Ⅲ反應(yīng)速率增大，但轉(zhuǎn)化的氫氣的物質(zhì)的量少，應(yīng)是升高溫度，因該反應(yīng)放熱，升高溫度平衡逆向移動(dòng)，不利于氫氣的轉(zhuǎn)化，故狀態(tài)Ⅲ對(duì)應(yīng)的溫度＞T℃；

④狀態(tài)Ⅱ與狀態(tài)I相同溫度下發(fā)生的反應(yīng)；狀態(tài)Ⅲ是升高溫度，溫度升高平衡逆向移動(dòng)，平衡常數(shù)減小，則K2＞K3；

（5）a．因氣態(tài)反應(yīng)物與氣態(tài)生成物的系數(shù)和不等，則容器中壓強(qiáng)不變時(shí)，是平衡狀態(tài)，故a正確；b．隨著反應(yīng)的進(jìn)行，甲醇和水蒸汽的體積比可能始終保持不變，則不一定是平衡狀態(tài)，故b錯(cuò)誤；c．當(dāng)v正(H2)=3v逆CH3OH) 時(shí)，反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)，故b正確；d．C=O斷裂和H—H斷裂都說明反應(yīng)正向進(jìn)行，不能說明是平衡狀態(tài)，故d錯(cuò)誤；答案為ac。