Question

【題目】煤氣化和液化是現(xiàn)代能源工業(yè)中重點(diǎn)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)CH3OH。已知制備甲醇的有關(guān)化學(xué)反應(yīng)及平衡常數(shù)如下：

①CO2(g)＋3H2(g) CH3OH(g)＋H2O(g) ΔH1＝－90.8 kJ·mol－1

②CO(g)＋H2O(g) CO2(g)＋H2(g) ΔH2＝－41.2 kJ·mol－1

③CO(g)＋2H2(g) CH3OH(g)　ΔH3

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CH3OH(l)＋CH3COOH(l) CH3COOCH3(l)＋H2O(l)。

(1)則反應(yīng)ΔH3＝____________，制香料反應(yīng)的K的表達(dá)式________________。

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

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

B．一定條件下，H2 的消耗速率是CO的消耗速率的2倍時(shí)，可逆反應(yīng)達(dá)到平衡

C．使用合適的催化劑能縮短達(dá)到平衡的時(shí)間并提高CH3OH 的產(chǎn)率

D．某溫度下，將2 mol CO和6 mol H2 充入2 L密閉容器中，充分反應(yīng)，達(dá)到平衡后，測(cè)得c(CO)＝0.2 mol·L－1，則CO的轉(zhuǎn)化率為80%

(3)850 ℃時(shí)，在密閉容器中進(jìn)行反應(yīng)①，開始時(shí)只加入CO2、H2，反應(yīng)10 min后測(cè)得各組分的濃度如下表。比較正、逆反應(yīng)的速率的大小：v正________(填“＞”“＜”或“＝”)v逆，該時(shí)間段內(nèi)反應(yīng)速率v(H2)＝____________________________________________________。

物質(zhì)	H2	CO2	CH3OH	H2O
濃度/mol·L－1	0.2	0.2	0.4	0.4

(4)在一定條件下3 L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(shí)驗(yàn)測(cè)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)＝3 mol，n(CO2)＝1.5 mol，

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

②在溫度為500 K的條件下，按照A方式充入3 mol H2和1.5 mol CO2，該反應(yīng)10 min時(shí)達(dá)到平衡，在此條件下，系統(tǒng)中CH3OH的濃度隨反應(yīng)時(shí)間的變化趨勢(shì)如圖2所示，當(dāng)反應(yīng)時(shí)間達(dá)到3 min時(shí)，迅速將體系溫度升至600 K，請(qǐng)?jiān)趫D2中畫出3～10 min內(nèi)容器中CH3OH濃度的變化趨勢(shì)曲線。_____________________

Answer 1

【答案】 －132.0 kJ·mol－1 AD ＞ 0.12 mol·L－1·min－1 A

【解析】(1)①CO2(g)+3H2(g)═CH3OH(g)+H2 O(g)△H 1=-90.8KJ/mol，②CO(g)+H2O(g)═CO2(g)+H2(g)△H 2=-41.2kJ/mol，③CO(g)+2H2(g)═CH3OH(g)△H 3，依據(jù)蓋斯定律計(jì)算①+②得到CO(g)+2H2(g)═CH3OH(g)△H 3=-132.0 kJ/mol，甲醇可以與乙酸反應(yīng)制香料CH3OH(l)+CH3COOH(l)→CH3COOCH3(l)+H2O(l)平衡常數(shù)K=，故答案為：-132.0 kJ/mol； ；

(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(qiáng)不發(fā)生變化，則可逆反應(yīng)達(dá)到平衡，故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(shí)，表明反應(yīng)正向進(jìn)行，不能說明可逆反應(yīng)達(dá)到平衡，故B錯(cuò)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(dá)到平衡的時(shí)間，但不能提高CH3OH的產(chǎn)率，故C錯(cuò)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(dá)到平衡后，測(cè)得c (CO)=0.2molL-1，則CO的轉(zhuǎn)化率=×100%=80%，故D正確；故答案為：AD；

(3)850℃平衡常數(shù)分別為k1=160，CO2(g)+3H2(g)═CH3OH(g)+H2 O(g)，濃度商Qc==100＜K=160，說明反應(yīng)正向進(jìn)行，v正＞v逆 ，

CO2(g)+3H2(g) CH3OH(g)+H2O(g)，

起始量(mol/L) 0.6 1.4 0 0

變化量(mol/L) 0.4 1.2 0.40.4

10min量(mol/L)0.2 0.2 0.4 0.4

該時(shí)間段內(nèi)反應(yīng)速率v(H2)= =0.12mol/(Lmin)，故答案為：＞；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，故答案為：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(shí)達(dá)到平衡，二氧化碳的轉(zhuǎn)化率是60%，

CO2(g)+3H2(g) CH3OH(g)+H2O(g)

初始濃度：0.5100

變化濃度：0.210.630.210.21

平衡濃度：0.290.370.210.21

當(dāng)反應(yīng)時(shí)間達(dá)到3min時(shí)，迅速將體系溫度升至600K，則平衡正向進(jìn)行，甲醇的濃度會(huì)增加，圖象為，，故答案為：。