Question

【題目】I 工業(yè)上已經(jīng)實(shí)現(xiàn)CO2與H2反應(yīng)合成甲醇。在一恒溫、恒容密閉容器中充入2molCO2和6molH2，一定條件下發(fā)生反應(yīng)：CO2(g)+3H2(g) CH3OH(g)+H2O(g)。測(cè)得CO2和CH3OH(g)的濃度隨時(shí)間變化如下圖所示。 請(qǐng)回答：

（1） 在前10min內(nèi)，用CO2濃度的變化表示的反應(yīng)速率(CO2)=________mol·L－1·min－1。

（2）10min時(shí)體系的壓強(qiáng)與開(kāi)始時(shí)壓強(qiáng)之比為______。

（3）該溫度下，反應(yīng)的化學(xué)平衡常數(shù)數(shù)值是__________。

Ⅱ氫氣是一種理想的綠色能源，利用生物質(zhì)發(fā)酵得到的乙醇制取氫氣，具有良好的應(yīng)用前景。乙醇水蒸氣重整制氫的部分反應(yīng)過(guò)程如1圖所示：

已知：反應(yīng)I和反應(yīng)II的平衡常數(shù)隨溫度變化曲線如圖2所示。

（4）反應(yīng)I中，1molCH3CH2OH(g)參與反應(yīng)后的熱量變化是256kJ

①H2O的電子式是______

②反應(yīng)I的熱化學(xué)方程式是_________________________________

（5）反應(yīng)II，在進(jìn)氣比[n(CO)：n(H2O)不同時(shí)，測(cè)得相應(yīng)的CO的平衡轉(zhuǎn)化率見(jiàn)圖3(各點(diǎn)對(duì)應(yīng)的反應(yīng)溫度可能相同，也可能不同)

①圖中D、E兩點(diǎn)對(duì)應(yīng)的反應(yīng)溫度分別為TD和TE。判斷：TD______TE (填“>”“< ” 或“=”)

②經(jīng)分析，A、E和G三點(diǎn)對(duì)應(yīng)的反應(yīng)溫度相同，其原因是A、E和G三點(diǎn)對(duì)應(yīng)的______相同。

③當(dāng)不同的進(jìn)氣比達(dá)到相同的CO平衡轉(zhuǎn)化率時(shí)，對(duì)應(yīng)的反應(yīng)溫度和進(jìn)氣比的關(guān)系是_________________。

Answer 1

【答案】0.075 5:8 5.3 < 化學(xué)平衡常數(shù) 進(jìn)氣比越大，反應(yīng)溫度越低

【解析】

（1）V=△c/△t計(jì)算

（2）氣體壓強(qiáng)之比等于氣體物質(zhì)的量之比計(jì)算；

（3）根據(jù)化學(xué)平衡常數(shù)的定義求解；

（4）①水為共價(jià)化合物，據(jù)此進(jìn)行分析；

②根據(jù)熱化學(xué)方程式的書(shū)寫(xiě)方法可知，化學(xué)計(jì)量數(shù)與反應(yīng)熱成正比，并注意標(biāo)明物質(zhì)的聚集狀態(tài)，根據(jù)燃燒熱的概念結(jié)合熱化學(xué)方程式的書(shū)寫(xiě)來(lái)回答；

③由圖可知，當(dāng)CO的轉(zhuǎn)化率相同時(shí)，溫度由低到高對(duì)應(yīng)的進(jìn)氣比為0.5、1、1.5，由此可確定溫度與進(jìn)氣比的關(guān)系；

I. CO2（g）+3H2（g）CH3OH（g）+H2O（g）

起始量（mol·L－1） 1 3 0 0

起始量（mol·L－1） 0.75 2.25 0.75 0.75

平衡量（mol·L－1） 0.25 0.75 0.75 0.75

（1） 在前10min內(nèi)，用CO2濃度的變化表示的反應(yīng)速率(CO2)=0.75mol·L－1÷10min=0.075mol·L－1·min－1。

（2）容器內(nèi)的平衡壓強(qiáng)與起始?jí)簭?qiáng)之比=氣體物質(zhì)的量之比=（0.25+0.75+0.75+0.75）×2：8=5：8；

（3）該溫度下，反應(yīng)的化學(xué)平衡常數(shù)數(shù)值是=0.752÷(0.753×0.25)=5.3；。

Ⅱ（4）①水為共價(jià)化合物，故水的電子式為：，

②反應(yīng)I的熱化學(xué)方程式是CH3CH2OH（g）+H2O（g）═4H2（g）+2CO（g）△H=+256 kJ·mol－1；

（5）①已知CO（g）+H2O（g）CO2（g）+H2（g）△H=-42kJ·mol－1，反應(yīng)為放熱反應(yīng)，升溫平衡逆向進(jìn)行，CO轉(zhuǎn)化率減小，圖中D、E兩點(diǎn)對(duì)應(yīng)的反應(yīng)溫度分別為TD和TE．D點(diǎn)CO轉(zhuǎn)化率大于E點(diǎn)CO轉(zhuǎn)化率，說(shuō)明TD＜TE ；

②E點(diǎn)平衡常數(shù)

CO（g）+H2O（g）CO2（g）+H2（g）

起始量 1 1 0 0

變化量 0.5 0.5 0.5 0.5

平衡量 0.5 0.5 0.5 0.5

K=1

A點(diǎn)平衡常數(shù)

CO（g）+H2O（g）CO2（g）+H2（g）

起始量 1 2 0 0

變化 2/3 2/3 2/3 2/3

平衡 1/3 4/3 2/3 2/3

K=1

G點(diǎn)平衡常數(shù)

CO（g）+H2O（g）CO2（g）+H2（g）

起始量 3 2 0 0

變化量 1.2 1.2 1.2 1.2

平衡量 18 0.8 1 2 1.2

K=(1.2×1.2) ÷(1.8×0.8)=1，

故與圖2中E點(diǎn)對(duì)應(yīng)的反應(yīng)溫度相同的為A、G，A、E和G三點(diǎn)對(duì)應(yīng)的反應(yīng)溫度相同，其原因是A、E和G三點(diǎn)對(duì)應(yīng)的化學(xué)平衡常數(shù)相同；

③由圖可知，當(dāng)CO的轉(zhuǎn)化率相同時(shí)，溫度由低到高對(duì)應(yīng)的進(jìn)氣比為0.5、1、1.5，進(jìn)氣比越高達(dá)到相同轉(zhuǎn)化率所需的溫度越低。