Question

【題目】甲醇是一種可再生能源，具有廣泛的開發和應用前景。工業上一般采用下列反應合成甲醇：CO2(g)＋3H2(g)CH3OH(g)＋H2O(g)。在體積為2L的密閉容器中，充入2molCO2和9molH2，測得CO2(g)和CH3OH(g)濃度隨時間變化如圖所示：

(1)該反應的平衡常數K表達式為________。

(2)0～10min時間內，該反應的平均反應速率v(H2O)＝_______，H2的轉化率為_______。

(3)下列敘述中，能說明反應已達到化學平衡狀態的是________(填字母)。

A.容器內CO2、H2、CH3OH、H2O(g)的濃度之比為1∶3∶1∶1

B.v正(CO2)∶v逆(H2)＝1∶3

C.平衡常數K保持不變

D.混合氣體的平均相對分子質量保持不變

(4)已知在常溫常壓下：

①2CH3OH(l)＋3O2(g)=2CO2(g)＋4H2O(l)　ΔH1＝－1452.8kJ·mol－1

②2CO(g)＋O2(g)=2CO2(g)　ΔH2＝－566.0kJ·mol－1

寫出甲醇不完全燃燒生成一氧化碳和液態水的熱化學方程式：_______。

Answer 1

【答案】K＝ 0.075mol·L－1·min－1 50% BD CH3OH(l)＋O2(g)=2H2O(l)＋CO(g) ΔH=-443.4kJ·mol－1

【解析】

(1)平衡常數等于生成物濃度冪之積與反應物濃度冪之積之比，即K＝，故答案為：；

(2)0～10min時間內，CH3OH的物質的量濃度變化量=0.75mol/L，則v(CH3OH)==0.075mol·L－1·min－1，所以，v(H2O)=v(CH3OH)=0.075mol·L－1·min－1。生成甲醇的物質的量=0.75mol/L×2L=1.5mol，則轉化了的氫氣的物質的量=3×1.5mol=4.5mol，那么氫氣的轉化率==50%，故答案為：0.075mol·L－1·min－1；50%；

(3)達到平衡時，v正=v逆≠0，體系中各成分的量保持不變。

A．容器內CO2、H2、CH3OH、H2O(g)的濃度之比為1∶3∶1∶1不代表CO2、H2、CH3OH、H2O(g)的量不變，不能判斷是否平衡，A錯誤；

B．由方程式計量數可知v逆(H2)＝3v逆(CO2)，又因為v正(CO2)∶v逆(H2)＝1∶3，即v逆(H2)＝3v正(CO2)，所以，3v逆(CO2)= 3v正(CO2)，v逆(CO2)= v正(CO2)，說明反應已平衡，B正確；

C．平衡常數K只和溫度有關，溫度不變，K不變，故平衡常數K保持不變，不能說明反應是否平衡，C錯誤；

D．該反應是一個氣體總質量m不變，氣體總物質的量n減小的反應，由n=可知，當混合氣體的平均相對分子質量保持不變，即M不變，那么n也不變，說明已達到平衡，D正確；

綜上所述，BD能說明反應已達平衡，故答案為：BD。

(4)得：CH3OH(l)＋O2(g)=2H2O(l)＋CO(g)，ΔH==-443.4kJ·mol－1，故答案為：CH3OH(l)＋O2(g)=2H2O(l)＋CO(g) ΔH=-443.4kJ·mol－1。