Question

【題目】煤氣化和液化是現(xiàn)代能源工業(yè)中重點考慮的能源綜合利用方案。最常見的氣化方法為用煤生產(chǎn)水煤氣，而當(dāng)前比較流行的液化方法為用煤生產(chǎn)CH 3OH。已知制備甲醇的有關(guān)化學(xué)反應(yīng)及平衡常數(shù)如下：①CO 2(g)＋3H 2(g)=CH 3OH(g)＋H 2 O(g) Δ H 1 =-90.8KJ/mol，②CO(g)＋H2O(g)=CO2(g)＋H2(g) Δ H 2 =-41.2kJ/mol,③CO(g)＋2H2(g)=CH3OH(g)Δ H 3 850 ℃平衡常數(shù)分別為k1=160， K2＝243，K3=160，甲醇可以與乙酸反應(yīng)制香料CH 3OH（l）+CH3COOH（l） CH3COOCH3（l）+H2O（l）

（1）則反應(yīng)Δ H 3＝ ___________ 制香料的K的表達式_____________

（2）由CO合成甲醇時，以下有關(guān)該反應(yīng)的說法正確的是________(填序號)。

A．恒溫、恒容條件下，若容器內(nèi)的壓強不發(fā)生變化，則可逆反應(yīng)達到平衡

B．一定條件下，H 2 的消耗速率是CO的消耗速率的2倍時，可逆反應(yīng)達到平衡

C．使用合適的催化劑能縮短達到平衡的時間并提高CH 3OH的產(chǎn)率

D．某溫度下，將2 mol CO和6 mol H 2 充入2 L密閉容器中，充分反應(yīng)，達到平衡后，測得c (CO)＝0.2 mol·L － 1 ，則CO的轉(zhuǎn)化率為80%

（3）850 ℃時，在密閉容器中進行反應(yīng)①開始時只加入CO2 、H 2，反應(yīng)10min后測得各組分的濃度如下比較正逆反應(yīng)的速率的大小：

v正 __________v逆(填“＞、＜或＝”)該時間段內(nèi)反應(yīng)速率v(H2)＝ __________

物質(zhì)	H 2	CO 2	CH 3 OH	H 2 O
濃度(mol/L)	0.2	0.2	0.4	0.4

（4）在一定條件下3L恒容密閉容器中,充入一定量的H2和CO2僅發(fā)生反應(yīng)①，實驗測得反應(yīng)物在不同起始投入量下，反應(yīng)體系中CO2的平衡轉(zhuǎn)化率與溫度的關(guān)系曲線，如圖1所示。

①H2和CO2的起始的投入量以A和B兩種方式投入

A：n(H2)=3mol，n(CO2)=1.5mol

B：n(H2)=3mol，n(CO2)=2mol，曲線I代表哪種投入方式____（用A、B表示）

②在溫度為500K的條件下，按照A方式充入3mol H2和1.5mol CO2，該反應(yīng)10min時達到平衡，在此條件下，系統(tǒng)中CH3OH的濃度隨反應(yīng)時間的變化趨勢如圖2所示，當(dāng)反應(yīng)時間達到3min時，迅速將體系溫度升至600K，請在圖2中畫出3～10min內(nèi)容器中CH3OH濃度的變化趨勢曲線___。

Answer 1

【答案】 -132.0 kJ/mol K＝c(CH3COOCH3)c(H2O)/c（CH 3OH）c(CH3COOH) AD ＞ 0.12 molL-1min-1 A

【解析】（1）已知：①CO2(g)＋3H2(g)=CH3OH(g)＋H2O(g) Δ H1 =-90.8KJ/mol，②CO(g)＋H2O(g)=CO2(g)＋H2(g)　Δ H2 =-41.2kJ/mol，③CO(g)＋2H2(g)=CH3OH(g)Δ H3，依據(jù)蓋斯定律計算①+②得到CO(g)＋2H2(g)=CH3OH(g)（g）△H3=-132.0 kJ/mol。根據(jù)甲醇可以與乙酸反應(yīng)制香料的反應(yīng)CH3OH（l）+CH3COOH（l）→CH3COOCH3（l）+H2O（l）可知平衡常數(shù)K＝c(CH3COOCH3)c(H2O)/c（CH 3OH）c(CH3COOH)；（2）CO(g)＋2H2(g)=CH3OH(g)△H 3=-132.0 kJ/mol，反應(yīng)是氣體體積減小的放熱反應(yīng)，A．反應(yīng)前后氣體體積變化，恒溫、恒容條件下，若容器內(nèi)的壓強不發(fā)生變化，則可逆反應(yīng)達到平衡，A正確；B．一定條件下，H2 的消耗速率是CO的消耗速率的2倍時，表明反應(yīng)正向進行，不能說明可逆反應(yīng)達到平衡，B錯誤；C．催化劑改變反應(yīng)速率，不改變化學(xué)平衡，使用合適的催化劑能縮短達到平衡的時間，但不能提高CH3OH的產(chǎn)率，C錯誤；D．某溫度下，將2mol CO和6mol H2 充入2L密閉容器中，充分反應(yīng)，達到平衡后，測得c (CO)=0.2molL-1，則CO的轉(zhuǎn)化率=(2mol0.2mol/L×2L)/2mol×100%=80%，D正確；答案選AD；（3）850℃平衡常數(shù)分別為k1=160，CO2(g)＋3H2(g)=CH3OH(g)＋H2O(g)，濃度商Qc=0.4×0.4/0.2×0.23=100＜K=160，說明反應(yīng)正向進行，v正＞v逆。

CO2(g)＋3H2(g)=CH 3OH(g)＋H2O(g)

起始濃度（mol/L） 0.6 1.4 0 0

變化濃度（mol/L） 0.4 1.2 0.4 0.4

10min濃度（mol/L）0.2 0.2 0.4 0.4

該時間段內(nèi)反應(yīng)速率v（H2）=1.2mol/L/10min=0.12mol/（Lmin）；（4）①A：n（H2）=3mol，n（CO2）=1.5mol，B：n（H2）=3mol，n（CO2）=2mol，二者比較B相當(dāng)于增大二氧化碳的量，轉(zhuǎn)化率小于A，所以曲線 I代表A的投料，答案選A；②在溫度為500K的條件下，充入3mol H2和1.5mol CO2，該反應(yīng)10min時達到平衡，二氧化碳的轉(zhuǎn)化率是60%，則

CO2(g)＋3H2(g)=CH 3OH(g)＋H2O(g)

初始濃度（mol/L）0.5 1 0 0

變化濃度（mol/L）0.21 0.63 0.21 0.21

平衡濃度（mol/L）0.29 0.37 0.21 0.21

當(dāng)反應(yīng)時間達到3min時，迅速將體系溫度升至600K，則平衡正向進行，甲醇的濃度會增加，圖象為。