Question

【題目】Ⅰ.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：

①CO2(g)+3H2(g)CH3OH（g）+H2O(g) △H1；

②CO(g)+2H2(g)CH3OH(g) △H2

③CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g) △H3；

化學鍵	H-H	C-O	CO	H-O	C-H
E/（kJ·mol-1）	436	343	1076	465	X

回答下列問題：

(1)已知△H2=-99 kJ·mol-1，則根據(jù)上表相關(guān)的化學鍵鍵能（“CO”表示CO的化學鍵）計算X=_______ kJ·mol-1。

(2)反應①、②、③對應的平衡常數(shù)K1、K2、K3之間的關(guān)系式為___________。

(3)根據(jù)化學反應原理，分析增大壓強對反應③的影響為_______________。（提示：從對反應速率、平衡狀態(tài)、轉(zhuǎn)化率角度回答）

Ⅱ.清潔能源具有廣闊的開發(fā)和應用前景，可減小污染解決霧霾問題，其中甲醇、甲烷是優(yōu)質(zhì)的清潔燃料，可制作燃料電池。一定條件下用CO和H2合成CH3OH：CO（g）+2H2（g）CH3OH（g）△H=-99kJmol-1。向體積為2L的密閉容器中充入2molCO和4molH2，測得不同溫度下容器內(nèi)的壓強（P：kPa）隨時間（min）的變化關(guān)系如圖中Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ曲線所示：

①Ⅱ和Ⅰ相比，改變的反應條件是_________；

②反應Ⅰ在6min時達到平衡，在此條件下從反應開始到達到平衡時v（CH3OH）=_____；

③反應Ⅱ在2min時達到平衡，平衡常數(shù)K（Ⅱ）=_________；

④比較反應Ⅰ的溫度（T1）和反應Ⅲ的溫度（T3）的高低：T1_____T3（填“＞”“＜”“=”）

Answer 1

【答案】413 K1=K2·K3（或者K3=K1/K2） 增大壓強，反應速率加快，平衡不移動，反應物的轉(zhuǎn)化率不變 使用催化劑 0.125 mol/（L·min） 12 ＞

【解析】

（1）由②CO(g)+2H2(g)CH3OH(g) △H2=-99 kJ·mol-1，則根據(jù)表中相關(guān)的化學鍵鍵能可知：1076+2×436-3X-343-465=-99，解得X=+413；

(2)由①CO2(g)+3H2(g)CH3OH（g）+H2O(g) 可知：K1=

②CO(g)+2H2(g)CH3OH(g) 可知：K2=

③CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g) 可知：K3==

K2K3==K1，所以反應①、②、③對應的平衡常數(shù)K1、K2、K3之間的關(guān)系式為K1=K2K3；

(3)根據(jù)反應 ③CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g) △H3可知，反應前后化學計量數(shù)相等的氣體反應，增大壓強化學反應速率增加，化學平衡不移動，平衡轉(zhuǎn)化率不變；答案：增大壓強，反應速率加快，平衡不移動，反應物的轉(zhuǎn)化率不變；

Ⅱ.①由CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)△H=-99kJmol-1和圖像可知，Ⅱ和Ⅰ達到平衡狀態(tài)時壓強相等，但Ⅱ比Ⅰ先達到平衡狀態(tài)，所以改變的反應條件應是使用了催化劑；答案：使用催化劑；

②根據(jù)三段式：

根據(jù)圖像起始時壓強為為平衡時壓強的2倍，即=，解得x=15，則反應Ⅰ在6min時達到平衡時v(CH3OH)==0.125 mol/(L·min）；

③反應Ⅱ在2min時達到平衡，根據(jù)上述分析可知平衡時c(CH3OH)==0.75 mol/L，c(CO)==0.25 mol/L，c(H2)==0.5 mol/L，由CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)知K===12；答案：12；

④由CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)和圖像可知，達到平衡后Ⅲ的壓強小于Ⅰ，說明平衡正向移動，因為是放熱反應，所以T1＞T3。