Question

【題目】.甲醇作為一種較好的可再生能源，具有廣泛的應用前景。

已知在常溫常壓下反應的熱化學方程式：

①CO(g)+2H2(g) CH3OH(g) H1=-90kJ·mol-1

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

寫出由二氧化碳、氫氣制備甲醇的熱化學方程式：___________________。

Ⅱ. 已知甲醇制備的有關化學反應以及在不同溫度下的化學反應平衡常數如下表所示：

化學反應	平衡 常數	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

請回答下列問題：

(1)反應①是__________（填“吸熱”或“放熱“）反應

(2)觀察①②③可推導出K1、K2、K3之間的關系，則K3=_______（用K1、K2表示）

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

(4)500℃時測得反應③在某時刻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V（正）______V（逆）（填“>”、 “=”或“<”）。

(5)對應反應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生反應，下列能說明該反應達平衡狀態的有_____________。

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分子量不變時，反應一定達到平衡狀態

D.當破壞CO2中2個碳氧雙鍵，同時破壞H2O中的2個氧氫鍵，反應一定達到平衡狀態

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.本題考查熱化學反應方程式的計算，目標反應方程式為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.本題考查影響化學平衡移動的因素和化學平衡常數的計算，化學平衡狀態的判斷，（1）化學平衡常數只受溫度的影響，根據表格數據，隨著溫度的升高，化學平衡常數減少，說明升高溫度，平衡向逆反應方向移動，即正反應方向是放熱反應；（2）根據化學平衡常數的表達式，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）此時的Qc=0.4×0.5/(0.43×1)=3.125，此時的平衡常數為K3=K2×K1=2.5<3.125，說明反應向逆反應方向進行，即v(正)<v(逆)；（5）A、組分都是氣體，則氣體質量不變，容器為恒容狀態，體積不變，因此密度任何時刻都相同，即密度不變，不能說明反應達到平衡，故A錯誤；B、投入量按照氣體系數比投入，因此任何時刻兩者的體積比都相等，不能作為達到平衡的標志，故B錯誤；C、氣體質量不變，向正反應方向進行，氣體物質的量減少，根據M=m/n，因此當M不再改變說明反應達到平衡，故C正確；D、破壞CO2中2個碳氧雙鍵，說明反應向正反應方向進行，破壞H2O中2個氫氧鍵，說明反應向逆反應方向進行，且兩者比值等于系數之比，因此說明反應達到平衡，故D正確。