【題目】甲醇是重要的化工原料,又可作為燃料。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)生的主反應如下:

①CO(g)+2H2(g) CH3OH(g) △H1

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

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

回答下列問題:

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

化學鍵

H-H

C-O

C=O

H-O

C-H

E/(kJ/mol)

a

b

c

d

x

則x=______。(用含表中字母的代數(shù)式表示)

(2)若將lmolCO2和2molH2充入容積為2L的恒容密閉容器中,在兩種不同溫度下發(fā)生反應②。測得CH3OH的物質(zhì)的量隨時間的變化如圖所示。

①曲線Ⅰ、Ⅱ?qū)钠胶獬?shù)大小關(guān)系為K_____K(填“>或“=”或“<”)

②一定溫度下,能判斷該反應達到化學平衡狀態(tài)的是______

a.容器中壓強不變

b.甲醇和水蒸氣的體積比保持不變

c.v(H2)=3v(CH3OH)

d.2個C=O斷裂的同時有3個H-H形成

③若5min后反應達到平衡狀態(tài),H2的轉(zhuǎn)化率為90%,則用CO2表示的平均反應速率為_____,該溫度下的平衡常數(shù)為_____,若容器容積不變,下列措施可增加甲醇產(chǎn)率的是____。

a.升高溫度 b.使用合適的催化劑 c.充入He d.按原比例再充入CO2和H2

【答案】 1/3(2a+c-b-d)+33 > a,c,d 0.06mol/(L·min) 450 d

【解析】(1)根據(jù)蓋斯定律有:方程①=方程②-方程③,所以H1=-58kJ/mol-+41kJ/mol=-99 kJ/mol

),H1=反應物的總鍵能-生成物的總鍵能=c+2a-(3x+b+d),所以x= 1/3(2a+c-b-d)+33

(2) ①、曲線Ⅱ先達到平衡,所以Ⅱ?qū)臏囟缺娶竦臏囟雀,對于反?/span>CO2(g)+3H2(g) CH3OH(g)+H2O(g) H=-58KJ/mol來說,降溫平衡正向移動,平衡常數(shù)增大,即K>K。

②、該反應中氣體分子個數(shù)前后發(fā)生變化,容器中壓強不變,說明氣體的分子個數(shù)不再變化,可以說明反應已達平衡,a正確;如果開始投入的起始原料只有反應物或只有生成物且按化學計量數(shù)投料,則反應中甲醇和水蒸氣的體積比始終是一個定值,無法說明反應是否平衡,b錯誤;v(H2)=3v(CH3OH),若反應已達平衡則有v(H2)= v(H2),所以v(H2)=3v(CH3OH)可說明反應已達平衡,c正確;2C=O斷裂的同時有3H-H形成,兩個速率方向相反,且符合化學計量數(shù)之比,可以說明已達平衡,d正確。故能判斷該反應達到化學平衡狀態(tài)的是a,c,d。

5minv(H2)=2mol×0.9÷2L÷5min=0.18 mol/(L·min),所以v(CO2)= v(H2)/3=0.06 mol/(L·min)。利用三段模式方法計算得到平衡時CO2、H2、CH3OHH2O的濃度分別為:0.2mol/L、0.1mol/L、0.3mol/L、0.3mol/L,所以K=(0.3×0.3)/(0.2×0.13)=450升溫,平衡逆向移動,甲醇產(chǎn)率降低;催化劑不影響平衡的移動,對甲醇的產(chǎn)率無影響;恒容條件下充入He,反應體系中各物質(zhì)的濃度不變,平衡不移動,對甲醇的產(chǎn)率無影響;按原比例再充入CO2H2,相當于在等效平衡的基礎上增壓,平衡正向移動,甲醇的產(chǎn)率增大,故選答案d。

練習冊系列答案
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(1)該反應的離子方程式為________。

(2)算該反應的平衡常數(shù)為________(利用離子方程式計算)。

(3)在上述平衡體系中加入少量KOH固體,平衡將________(填“向正反應方向”、“向逆反應方向”或“不”)移動。

(4)如果增大氯氣的壓強,氯氣在水中的溶解度將________(填“增大”、“減小”或“不變”),平衡將________(填“向正反應方向”、“向逆反應方向”或“不”)移動。

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B. 平衡后反應放熱;甲>

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