Question

（14分）CO2作為未來(lái)碳源，既可彌補(bǔ)因石油、天然氣等大量消耗引起的“碳源危機(jī)”，又可有效地解決溫室效應(yīng)。請(qǐng)回答下列問(wèn)題：

（1）將所得CH4與H2O(g)通入聚焦太陽(yáng)能反應(yīng)器，發(fā)生反應(yīng)CH4(g)+H2O(g)CO(g)+3H2(g) △H = +206 kJ·mol-1。將等物質(zhì)的量的CH4和H2O(g)充入2 L恒容密閉容器，某溫度下反應(yīng)5 min后達(dá)到平衡，此時(shí)測(cè)得CO的物質(zhì)的量為0.10 mol，則5 min內(nèi)H2的平均反應(yīng)速率為 。平衡后可以采取下列 的措施能使n（CO）：n（CH4）增大。

A．加熱升高溫度

B．恒溫恒容下充入氦氣

C．恒溫下增大容器體積

D．恒溫恒容下再充入等物質(zhì)的量的CH4和H2O

（2）工業(yè)上可以利用CO為原料制取CH3OH。

已知:CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g) +H2O(g) △H=-49.5 kJ·mol－1

CO2（g）+H2（g）CO（g）+H2O（g） △H= + 41.3 kJ·mol－1

①試寫(xiě)出由CO和H2制取甲醇的熱化學(xué)方程式 。

②該反應(yīng)的△S 0(填“>”或“<”或“=”)，在 情況下有利于該反應(yīng)自發(fā)進(jìn)行。

（3）某科研人員為研究H2和CO合成CH3OH的最佳起始組成比n(H2) ： n(CO)，在l L恒容密閉容器中通入H2與CO的混合氣（CO的投入量均為1 mol），分別在230°C、250°C和270°C進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，測(cè)得結(jié)果如下圖，則230℃時(shí)的實(shí)驗(yàn)結(jié)果所對(duì)應(yīng)的曲線(xiàn)是 (填字母)；理由是 。列式計(jì)算270℃時(shí)該反應(yīng)的平衡常數(shù)K： 。

Answer 1

（1）0.03mol/（Lmin）；AC；

（2）CO（g）+2H2（g）CH3OH（l）△H=-９０.８ kJmol-1； < 低溫

（3）X

該反應(yīng)是放熱反應(yīng)，溫度越低轉(zhuǎn)化率越高； K===1．

【解析】

試題分析：（1）5min內(nèi)CO的平均化學(xué)反應(yīng)速率v=△c/△t=0.1mol/(2L×5min)= 0.01mol/（Lmin）, 氫氣表示的平均反應(yīng)速率是一氧化氮的3倍，即為0.03mol/（Lmin）；

根據(jù)反應(yīng)CH4（g）+H2O（g）CO（g）+3H2（g） △H = +206 kJ·mol-1

A．加熱升高溫度，化學(xué)平衡正向移動(dòng)，所以一氧化碳濃度增加，甲烷濃度減小，所以比值會(huì)增大，故A正確；

B．恒溫恒容下充入氦氣，各組分的濃度不變，所以平衡不移動(dòng)，比值不變，故B錯(cuò)誤；

C．恒溫下增大容器體積則壓強(qiáng)減小，化學(xué)平衡正向移動(dòng)，所以一氧化碳濃度的減少量少于甲烷濃度減小量，所以比值會(huì)增大，故C正確；

D．恒溫恒容下再充入等物質(zhì)的量的CH4和H2O，相當(dāng)于增大壓強(qiáng)，化學(xué)平衡逆向動(dòng)，所以一氧化碳濃度增加量少于甲烷濃度增加量，所以比值會(huì)減小，故D錯(cuò)誤；

（2）①已知: ① CO2(g) +3H2(g) CH3OH(g) +H2O(g) △H=-49.5 kJ·mol－1

② CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g) △H= + 41.3 kJ·mol－1

CO和H2制取甲醇的熱化學(xué)方程式可以經(jīng)過(guò)①-②得到，所以該反應(yīng)的焓變

△H=（-49.5kJmol-1 ）－（+41.3kJmol-1）=-90.8kJmol-1，

所以CO和H2制取甲醇的熱化學(xué)方程式：CO（g）+2H2（g）CH3OH（l） △H=-９０.８ kJmol-1

②該反應(yīng)氣體分子數(shù)減少為熵減即△S<0，放熱反應(yīng)即△H<0，由△G＝△H－T△S可得：低溫下有利于反應(yīng)的自發(fā)進(jìn)行。

（3）合成甲醇是放熱反應(yīng)，溫度越低CO轉(zhuǎn)化率越大，結(jié)合圖象可知，230℃的實(shí)驗(yàn)結(jié)果所對(duì)應(yīng)的曲線(xiàn)是X；270℃時(shí)該反應(yīng)的平衡常數(shù)K===1

考點(diǎn)：解化學(xué)反應(yīng)速率的概念、反應(yīng)速率的定量表示方法。 了解化學(xué)平衡常數(shù)的含義，能利用化學(xué)平衡常數(shù)進(jìn)行相關(guān)計(jì)算。 理解外界條件（濃度、溫度、壓強(qiáng)、催化劑等）對(duì)反應(yīng)速率和化學(xué)平衡的影響，認(rèn)識(shí)并能用相關(guān)理論解釋其一般規(guī)律。了解化學(xué)反應(yīng)速率和化學(xué)平衡的調(diào)控在生活、生產(chǎn)和科學(xué)研究領(lǐng)域中的重要作用。