Question

（14分）煤可以通过气化和液化转变为清洁能源并提高燃烧效率。

煤气化的主要反应是：C（g）+ H₂O（g）CO（g）+H₂（g）

气化得到的CO和H₂可以进一步液化合成甲醇，反应方程式为：

CO（g）＋2H₂（g）CH₃OH（g）   ∆H

（1）若相同温度下CO、H₂、CH₃OH（g）的燃烧热（∆H）分别为a、b、c，则上述反应的∆H＝      。

（2）图1表示CO的转化率与温度、压强之间的关系，图2表示CO的转化率与起始投料比n(H₂)/n(CO)、温度的变化关系，曲线I、Ⅱ、Ⅲ对应的温度分别为T₁、T₂、T₃，则T₁、T₂、T₃的大小关系为            ，理由                           。测得B（X，60）点氢气的转化率为40%，则X＝         。

（3）一定条件下，将2 mol CO和4 mol H₂置于容积为2 L固定的密闭容器中发生上述反应，反应达到平衡时H₂的物质的量为2 mol，则此时CH₃OH（g）的物质的量浓度为            ，平衡常数K＝         。下列说法中能说明反应已达到平衡状态的是       (填选项前的字母)。

A．混合气体的平均摩尔质量不变    

B．一氧化碳的消耗速率等于甲醇的生成速率

C．CO和H₂的物质的量之比保持不变

D．混合气体的密度不变

Answer

（14分，每空2分）（1）a＋2b－c（说明：由于题目已知限定，本答案带符号，写单位均不得分）

（2）T3＞T2＞T1（或T1＜T2＜T3）；由图1知，在一定压强下，温度升高，CO转化率降低，正反应放热；由图2知，在投料比一定时，曲线Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ对应的转化率依次降低，因此温度依次升高。（说明：答案合理即给分）； 3

（3）0.5 mol/L ； 1； A

【解析】

试题分析：（1）若相同温度下CO、H2、CH3OH（g）的燃烧热（∆H）分别为a、b、c，则有① CO（g）＋1/2O2（g）＝CO2（g） △H＝a，②H2（g）＋1/2O2（g）＝H2O（g） △H＝b，③ CH3OH（g）＋3/2O2（g）＝CO2（g）＋2H2O（g）△H＝c，则根据方程式可知①+②×2-③即可得到CO（g）＋2H2（g）CH3OH（g） ∆H＝a＋2b－c。

（2）根据图1可知在压强相同的条件下，温度越高CO的转化率越低，这说明升高温度平衡向逆反应方向进行，即正方应是放热反应。由图2知，在投料比一定时，曲线Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ对应的转化率依次降低，因此温度依次升高，所以T1、T2、T3的大小关系为T3＞T2＞T1。测得B（X，60）点氢气的转化率为40%，如果设氢气的起始量是1mol，则CO的物质的量是1/X，消耗氢气是0.4mol，则消耗CO是0.2mol，因此，解得X＝3。

（3）一定条件下，将2 mol CO和4 mol H2置于容积为2 L固定的密闭容器中发生上述反应，反应达到平衡时H2的物质的量为2 mol，因此消耗氢气的物质的量是4mol—2mol＝2mol，则根据方程式可知产生甲醇的物质的量是1mol，所以此时CH3OH（g）的物质的量浓度为1mol÷2L＝0.5mol/L。平衡时CO和氢气的浓度分别是0.5mol/L、1mol/L，则平衡常数K＝。在一定条件下，当可逆反应的正反应速率和逆反应速率相等时（但不为0），反应体系中各种物质的浓度或含量不再发生变化的状态，称为化学平衡状态。A．混合气的平均相对分子质量是混合气的质量和混合气的总的物质的量的比值，质量不变，但物质的量是变化的，因此混合气体的平均摩尔质量不变可以说明反应达到平衡状态，A正确；B．一氧化碳的消耗速率等于甲醇的生成速率在任何情况小均满足，B错误；C．CO和H2的物质的量之比始终保持不变，均是1：2,C错误；D．密度是混合气的质量和容器容积的比值，在反应过程中质量和容积始终是不变的，因此混合气体的密度不变不能说明反应达到平衡状态，D错误，答案选A。

考点：考查盖斯定律、外界条件对平衡状态的影响、平衡状态判断以及有关计算