Question

【題目】在工業(yè)上常用CO和H2合成甲醇，反應(yīng)方程式為：

CO（g）+2H2（g） CH3OH（g） △H = akJ/mol

已知：①CO（g）+O2（g）== CO2（g） △H1=﹣283.0kJ/mol

②H2（g）+O2（g）== H2O（g）△H2=﹣241.8kJ/mol

③CH3OH（g）+O2（g）== CO2（g）+ 2H2O（g）△H3=﹣192.2kJ/mol

回答下列問(wèn)題：

(1)a = _______

(2)能說(shuō)明反應(yīng)CO（g）+2H2（g） CH3OH（g）已達(dá)平衡狀態(tài)的是___（填字母）。

A．單位時(shí)間內(nèi)生成1mol CH3OH（g）的同時(shí)消耗了1mol CO（g）

B．在恒溫恒容的容器中，混合氣體的密度保持不變

C．在絕熱恒容的容器中，反應(yīng)的平衡常數(shù)不再變化

D．在恒溫恒壓的容器中，氣體的平均摩爾質(zhì)量不再變化

(3)在T1℃時(shí)，體積為2L的恒容容器中充入物質(zhì)的量之和為3mol的H2和CO，反應(yīng)達(dá)到平衡時(shí)CH3OH的體積分?jǐn)?shù)（V%）與的關(guān)系如圖1所示．

①當(dāng)起始=2時(shí)，經(jīng)過(guò)5min達(dá)到平衡，CO的轉(zhuǎn)化率為0.6，則0～5min內(nèi)平均反應(yīng)速率v（H2）=_____________。若此時(shí)再向容器中加入CO（g）和CH3OH（g）各0.4mol，達(dá)新平衡時(shí)H2的轉(zhuǎn)化率將____________（選填“增大”、“減小”或“不變”）；

②當(dāng)= 3.5時(shí)，達(dá)到平衡狀態(tài)后，CH3OH的體積分?jǐn)?shù)可能是圖象中的_______點(diǎn)（選填“D”、“E”或“F”）。

(4)CO和H2來(lái)自于天然氣。已知CO2（g）+CH4（g） 2CO（g）+2H2（g）。在密閉容器中有濃度均為0.1molL﹣1的CH4與CO2，在一定條件下反應(yīng)，測(cè)得CH4的平衡轉(zhuǎn)化率與溫度及壓強(qiáng)的關(guān)系如圖2，則壓強(qiáng)p1_______________p2（選填“大于”或“小于”）；當(dāng)壓強(qiáng)為p2時(shí)，在y點(diǎn)：v（正）______________v（逆）（選填“大于”、“小于”或“等于”）。若p2=3MPa，則T℃時(shí)該反應(yīng)的平衡常數(shù)Kp=_________MPa2（用平衡分壓代替平衡濃度計(jì)算，分壓=總壓×物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)）。

(5)含有甲醇的廢水會(huì)造成環(huán)境污染，可通入ClO2氣體將其氧化為CO2。寫(xiě)出相關(guān)反應(yīng)的離子方程式_________________________________________。

Answer 1

【答案】 a =﹣574.4 C D 0.12mol/（L·min） 增大 F 小于 大于 4 6ClO2+5CH3OH=5CO2+6Cl﹣+7H2O+6H+

【解析】試題分析：本題考查蓋斯定律的應(yīng)用，化學(xué)平衡的標(biāo)志，化學(xué)平衡圖像的分析，平衡常數(shù)的計(jì)算，離子方程式的書(shū)寫(xiě)。

（1）應(yīng)用蓋斯定律，將①式+②式2-③式得，CO（g）+2H2（g） CH3OH（g） △H =ΔH1+2ΔH2-ΔH3=[（-283）+（-241.8）2-（-192.2）]kJ/mol=-574.4kJ/mol，a=-574.4。

（2）A項(xiàng)，單位時(shí)間內(nèi)生成1mol CH3OH（g）的同時(shí)消耗了1mol CO（g），只說(shuō)明正反應(yīng)，不能說(shuō)明反應(yīng)已達(dá)平衡狀態(tài)；B項(xiàng)，在恒溫恒容的容器中，根據(jù)質(zhì)量守恒定律，混合氣體的總質(zhì)量始終不變，混合氣體的密度始終不變，混合氣體的密度保持不變不能說(shuō)明反應(yīng)已達(dá)平衡狀態(tài)；C項(xiàng)，該反應(yīng)為放熱反應(yīng)，在絕熱恒容的容器中，隨著平衡的建立溫度升高平衡逆向移動(dòng)，反應(yīng)的平衡常數(shù)減小，反應(yīng)的平衡常數(shù)不再變化說(shuō)明反應(yīng)已達(dá)平衡狀態(tài)；D項(xiàng)，該反應(yīng)的正反應(yīng)為氣體分子數(shù)減小的反應(yīng)，建立平衡的過(guò)程中混合氣體物質(zhì)的量減小，混合氣體的質(zhì)量不變，混合氣體的平均摩爾質(zhì)量增大，氣體的平均摩爾質(zhì)量不再變化說(shuō)明反應(yīng)已達(dá)平衡狀態(tài)；答案選CD。

（3）①當(dāng)起始=2時(shí)，起始CO、H2的物質(zhì)的量依次為1mol、2mol。用三段式：

CO（g）+2H2（g） CH3OH（g）

n（起始）（mol）1 2 0

n（轉(zhuǎn)化）（mol）10.6 1.2 0.6

n（平衡）（mol）0.4 0.8 0.6

0～5min內(nèi)平均反應(yīng)速率v（H2）==0.12mol/(L·min)。平衡時(shí)CO、H2、CH3OH的物質(zhì)的量濃度依次為0.2mol/L、0.4mol/L、0.3mol/L，該溫度下的化學(xué)平衡常數(shù)K==9.375；再向容器中加入CO（g）和CH3OH（g）各0.4mol，瞬時(shí)CO、H2、CH3OH的物質(zhì)的量濃度依次為0.4mol/L、0.4mol/L、0.5mol/L，此時(shí)的濃度商為=7.81259.375，反應(yīng)向正反應(yīng)方向進(jìn)行，H2的平衡轉(zhuǎn)化率將增大。

②當(dāng)反應(yīng)物按化學(xué)計(jì)量數(shù)之比投料，達(dá)到平衡時(shí)生成物的百分含量最大。當(dāng)= 3.52，達(dá)到平衡狀態(tài)后，CH3OH的體積分?jǐn)?shù)應(yīng)小于C點(diǎn)，可能是圖象中的F點(diǎn)，答案選F。

（4）該反應(yīng)的正反應(yīng)是氣體分子數(shù)增大的反應(yīng)，增大壓強(qiáng)平衡逆向，反應(yīng)物的轉(zhuǎn)化率減小，由圖像知溫度相同時(shí)，p1時(shí)CH4的轉(zhuǎn)化率大于p2時(shí)，則1小于p2。當(dāng)壓強(qiáng)為p2時(shí)，y點(diǎn)CH4的轉(zhuǎn)化率小于CH4的平衡轉(zhuǎn)化率，反應(yīng)正向進(jìn)行，則y點(diǎn)：v（正）大于v（逆）。由圖像知T℃、p2達(dá)到平衡時(shí)CH4的轉(zhuǎn)化率為50%，用三段式：

CO2（g）+CH4（g） 2CO（g）+2H2（g）

n（起始）（mol/L）0.1 0.1 0 0

n（轉(zhuǎn)化）（mol/L）0.05 0.05 0.1 0.1

n（平衡）（mol/L）0.05 0.05 0.1 0.1

平衡時(shí)CO2、CH4、CO、H2物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)依次為1/6、1/6、1/3、1/3，若p2=3MPa，則平衡時(shí)CO2、CH4、CO、H2的平衡分壓依次為0.5MPa、0.5MPa、1MPa、1MPa，Kp==4MPa2。

（5）含有甲醇的廢水會(huì)造成環(huán)境污染，可通入ClO2氣體將其氧化為CO2，ClO2被還原成Cl-，寫(xiě)出反應(yīng)CH3OH+ClO2→CO2+Cl-，C元素的化合價(jià)由-2價(jià)升至+4價(jià)，Cl元素的化合價(jià)由+4價(jià)降至-1價(jià)，根據(jù)元素化合價(jià)升降總數(shù)相等配平5CH3OH+6ClO2→5CO2+6Cl-，根據(jù)原子守恒和電荷守恒，寫(xiě)出反應(yīng)的離子方程式為：5CH3OH+6ClO2=5CO2+6Cl-+6H++7H2O。