Question

(14分) 二氧化碳与氢气催化合成甲醇，发生的反应为：CO₂(g)+3H₂(g)CH₃OH（g）+H₂O(g)

（1）已知：

化学键	H－H	C－O	C=O	H－O	C－H
键能/kJ·mol^－^1	436	326	803	464	414

计算上述反应的△H=                  kJ.mol^-1。

（2）一定条件下，将n(CO₂):n(H₂)=1:1的混合气充入恒温恒容密闭容器中，下列事实可以说明该反应已达平衡的是                       （填选项字母）。

A．容器内气体密度保持不变

B．CO₂的体积分数保持不变

C．H₂O(g)与CO₂(g)的生成速率之比为1∶1

D．该反应的平衡常数保持不变

E．混合气体的平均相对分子质量不变

F．容器中压强保持不变

（3）一定条件下，往2L恒容密闭容器中充入1.2molCO₂和3.6molH₂，在不同催化剂作用下的反应I、反应II与反应III，相同时间内CO₂转化率随温度变化的数据如表所示，据表中数据绘制“图1”：

相同时间内CO2转化率	T1	T2	T3	T4	T5
反应Ⅰ	65%	77%	80%	80%	66.67%
反应Ⅱ	56%	67%	76%	80%	66.67%
反应Ⅲ	48%	62%	72%	80%	66.67%

（T₅时，图1中C点转化率为66.67%，即转化了2/3）

①催化剂效果最佳的反应是                （填“反应I”，“反应II”，“反应III”）。

②T₃的b点v_（正）              v_（逆）（填 “>”， “<”， “=” ）。

③T₄的a点转化率比T₅ 的c点高的原因是                         。

④在温度为T₅时，该反应的平衡常数K=                           。

⑤在温度为T₅时，CH₃OH的浓度随时间变化的趋势如“图2”所示。

当时间到达t₁时，将生成的甲醇和水同时除去，并维持该温度，在 t₂时达新平衡。

请在“图2”中画出t₁时刻后CH₃OH的浓度变化总趋势曲线。

Answer

（1）- 46；（2）CEF；（3） ① 反应I ； ② > ；③该反应为放热反应，温度升高，平衡逆向移动；④K=100/27 （或K=3.70），⑤

。

【解析】

试题分析：（1）根据△H=反应物键能总和－生成物键能总和=2×803＋3×436－(414×3＋326＋464＋2×464)kJ·mol－1=－46kJ·mol－1；(2)A、ρ=m/V，因为反应前后都是气体，因此气体质量不变，容器是恒容，因此V不变，密度不变不能说明反应达到平衡；B、将n(CO2):n(H2)=1:1，充入容器中，任何阶段CO2的体积分数都是1/2，因此不能说明反应达到平衡；C、用不同物质的反应速率判断达到平衡状态的标志，要求反应方向一正一逆，且速率之比等于系数之比，生成H2O(g)反应向正反应方向进行，生成CO2反应向逆反应方向进行，两者系数之比为1:1，说明反应达到平衡；D、平衡常数只受温度影响，温度不变，平衡常数不变，不能说明反应达到平衡；E、M=m/n，反应前后都是气体，根据质量守恒，m不变，反应前后气体系数之和不等，混合气体物质的量改变，当M不变时，说明反应达到平衡；F、压强之比等于物质的量之比，反应前后系数之和不等，当压强不变时，说明反应达到平衡；(3)①根据CO2转化率随温度变化，推出反应I在T3时，转化率比反应Ⅱ、Ⅲ高，且最先达到平衡，因此催化效率最高的是反应I；②T3的b点v正>v逆；③根据（1）推出此反应是放热反应，根据勒夏特列原理，升高温度，平衡向逆反应方向进行；④达到平衡时，消耗CO2的物质的量浓度为：2×1.2/(3×2)mol/L=0.4mol/L，CO2(g)＋3H2(g) CH3OH(g)＋H2O(g)

起始浓度： 0.6 1.8 0 0

变化浓度： 0.4 1.2 0.4 0.4

平衡浓度： 0.2 0.6 0.4 0.4

平衡常数K=0.4×0.4/(0.2×0.63) =1/0.27；⑤ 温度不变，平衡常数仍为100/27，此时起始浓度为CO2为0.2mol/L，H2为0.6mol/L，CO2(g) ＋ 3H2(g) CH3OH(g)＋H2O(g)

起始浓度： 0.2 0.6 0 0

变化浓度： x 3x x x

平衡浓度： 0.2—x 0.6—x x x 根据平衡常数表达式求出x=0.1，则达到平衡时甲醇的浓度为0.1mol/L，因此图像是：

。

考点：