Question

【題目】.甲醇作為一種較好的可再生能源，具有廣泛的應(yīng)用前景。

已知在常溫常壓下反應(yīng)的熱化學(xué)方程式：

①CO(g)+2H2(g) CH3OH(g) H1=-90kJ·mol-1

②CO(g)+H2O(g) CO2(g) + H2(g) H2=-41kJ·mol-1

寫(xiě)出由二氧化碳、氫氣制備甲醇的熱化學(xué)方程式：___________________。

Ⅱ. 已知甲醇制備的有關(guān)化學(xué)反應(yīng)以及在不同溫度下的化學(xué)反應(yīng)平衡常數(shù)如下表所示：

化學(xué)反應(yīng)	平衡 常數(shù)	溫度
		500℃	700℃	800℃
2H2(g) + CO(g) CH3OH(g)	K1	2.5	0.34	0.15
H2(g) + CO2(g) H2O(g) + CO(g)	K2	1	1.7	2.52
3H2(g)+CO2(g)CH3OH(g)+H2O(g)	K3

請(qǐng)回答下列問(wèn)題：

(1)反應(yīng)①是__________（填“吸熱”或“放熱“）反應(yīng)

(2)觀察①②③可推導(dǎo)出K1、K2、K3之間的關(guān)系，則K3=_______（用K1、K2表示）

(3)某溫度時(shí)，反應(yīng)①式中各物質(zhì)的平衡濃度符合下式：20×c(CH2OH)=3×c(CO)×c3(H2)，試判斷此時(shí)的溫度為____________。

(4)500℃時(shí)測(cè)得反應(yīng)③在某時(shí)刻H2(g)、CO2(g)、CH3OH(g)、H2O(g)的濃度分別為0.4 mol· L-1、1 mol·L-1、0.5 mol·L-1、0.4 mol·L-1molL-1，則此時(shí)V（正）______V（逆）（填“>”、 “=”或“<”）。

(5)對(duì)應(yīng)反應(yīng)③，一定條件下將H2(g)和CO2(g)以體積比3:1置于恒溫恒容的密閉容器發(fā)生反應(yīng)，下列能說(shuō)明該反應(yīng)達(dá)平衡狀態(tài)的有_____________。

A.體系密度保持不變

B.H2和CO2的體積比保持不變

C.混合氣體的平均相對(duì)分子量不變時(shí)，反應(yīng)一定達(dá)到平衡狀態(tài)

D.當(dāng)破壞CO2中2個(gè)碳氧雙鍵，同時(shí)破壞H2O中的2個(gè)氧氫鍵，反應(yīng)一定達(dá)到平衡狀態(tài)

Answer 1

【答案】 CO2(g)+3H2(g) CH3OH(g)+H2O(g) H=-49kJ·mol-1· 放熱 K1×K2 800℃ < CD

【解析】I.本題考查熱化學(xué)反應(yīng)方程式的計(jì)算，目標(biāo)反應(yīng)方程式為CO2＋3H2=CH3OH＋H2O，①－②得出CO2(g)+3H2(g) CH3OH(g)+H2O(g) △H=(－90＋41)kJ·mol－1=－49kJ·mol－1；II.本題考查影響化學(xué)平衡移動(dòng)的因素和化學(xué)平衡常數(shù)的計(jì)算，化學(xué)平衡狀態(tài)的判斷，（1）化學(xué)平衡常數(shù)只受溫度的影響，根據(jù)表格數(shù)據(jù)，隨著溫度的升高，化學(xué)平衡常數(shù)減少，說(shuō)明升高溫度，平衡向逆反應(yīng)方向移動(dòng)，即正反應(yīng)方向是放熱反應(yīng)；（2）根據(jù)化學(xué)平衡常數(shù)的表達(dá)式，K1=c(CH3OH)/[c2(H2)×c(CO)]，K2=[c(H2O)×c(CO)]/[c(H2)×c(CO2)]，K3=[c(CH3OH)×c(H2O)]/[c3(H2)×c(CO2)]，因此有K3=K1×K2；（3）式子變形得到：c(CH3OH)/[c2(H2)×c(CO)]=3/20=0.15，即溫度為800℃；（4）此時(shí)的Qc=0.4×0.5/(0.43×1)=3.125，此時(shí)的平衡常數(shù)為K3=K2×K1=2.5<3.125，說(shuō)明反應(yīng)向逆反應(yīng)方向進(jìn)行，即v(正)<v(逆)；（5）A、組分都是氣體，則氣體質(zhì)量不變，容器為恒容狀態(tài)，體積不變，因此密度任何時(shí)刻都相同，即密度不變，不能說(shuō)明反應(yīng)達(dá)到平衡，故A錯(cuò)誤；B、投入量按照氣體系數(shù)比投入，因此任何時(shí)刻兩者的體積比都相等，不能作為達(dá)到平衡的標(biāo)志，故B錯(cuò)誤；C、氣體質(zhì)量不變，向正反應(yīng)方向進(jìn)行，氣體物質(zhì)的量減少，根據(jù)M=m/n，因此當(dāng)M不再改變說(shuō)明反應(yīng)達(dá)到平衡，故C正確；D、破壞CO2中2個(gè)碳氧雙鍵，說(shuō)明反應(yīng)向正反應(yīng)方向進(jìn)行，破壞H2O中2個(gè)氫氧鍵，說(shuō)明反應(yīng)向逆反應(yīng)方向進(jìn)行，且兩者比值等于系數(shù)之比，因此說(shuō)明反應(yīng)達(dá)到平衡，故D正確。