Question

工業(yè)上用CO生產(chǎn)燃料甲醇．一定條件下發(fā)生反應(yīng)：CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）．圖1表示反應(yīng)中能量的變化；圖2表示一定溫度下，在體積為2L的密閉容器中加入4mol H₂和一定量的CO后，CO和CH₃OH（g）的濃度隨時間變化圖．

請回答下列問題：
（1）在“圖1”中，曲線

 

 （填：a或b）表示使用了催化劑
（2）該反應(yīng)在什么條件下有利于自發(fā)進行

 

A．高溫      B．低溫     C．任何溫度
（3）下列說法正確的是

 

A．起始充入的CO為1mol        B．增加CO濃度，CO的轉(zhuǎn)化率增大
C．容器中氣體平均相對分子質(zhì)量保持不變時，反應(yīng)已達平衡狀態(tài)
D．保持溫度和密閉容器容積不變，再充入1mol CO和2mol H₂，再次達到平衡時

n(CH3OH)

n(CO)

會減小
（4）從反應(yīng)開始到建立平衡，氫氣的平均反應(yīng)速率為

 

；該溫度下CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）的化學(xué)平衡常數(shù)為．若體積保持不變再加入0.5mol CO和1mol CH₃OH 則平衡向

 

 方向移動．
（5）請在“圖3”中畫出平衡時甲醇百分含量（縱坐標(biāo)）隨溫度（橫坐標(biāo)）變化的曲線，要求畫壓強不同的2條曲線（在曲線上標(biāo)出P₁、P，且P₁＜P₂）．
（6）已知2CH₃OH（g）+3O₂（g）=2CO₂（g）+4H₂O（g）△H=-385.8kJ/mol
又知H₂O（l）=H₂O（g）△H=+44kJ/mol，請寫出32g的CH₃OH（g）完全燃燒生成液態(tài)水的熱化學(xué)方程式

 

．

Answer 1

考點：物質(zhì)的量或濃度隨時間的變化曲線,反應(yīng)熱和焓變,熱化學(xué)方程式,化學(xué)平衡的影響因素

專題：化學(xué)反應(yīng)中的能量變化,化學(xué)平衡專題

分析：（1）根據(jù)圖中反應(yīng)的活化能的大小來分析是否使用催化劑；
（2）當(dāng)△G=△H-T?△S＜0時，反應(yīng)能自發(fā)進行，據(jù)此判斷；
（3）A、利用轉(zhuǎn)化的CO和平衡時CO的量來分析；
B、增加CO濃度，會促進氫氣的轉(zhuǎn)化；
C、該反應(yīng)為反應(yīng)前后氣體的物質(zhì)的量不同，質(zhì)量守恒；
D、再充入1molCO和2molH₂，體積不變，則壓強增大，平衡正向移動；
（4）由圖2計算用CO表示的反應(yīng)速率，再利用反應(yīng)速率之比等于化學(xué)計量數(shù)之比來計算氫氣的反應(yīng)速率；利用各物質(zhì)平衡的濃度來計算化學(xué)平衡常數(shù)；通過計算比較Qc與K的大小關(guān)系來判斷反應(yīng)方向；
（5）根據(jù)溫度和壓強對該反應(yīng)的影響來分析；
（6）根據(jù)蓋斯定律結(jié)合已知熱化學(xué)方程式來構(gòu)建目標(biāo)方程式來解答．

解答： 解：（1）由圖可知，曲線b降低了反應(yīng)所需的活化能，則b使用了催化劑；
故答案為：b；
（2）當(dāng)△G=△H-T?△S＜0時，反應(yīng)能自發(fā)進行，已知CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）該反應(yīng)為熵減小的反應(yīng)，即△S＜0，且該反應(yīng)中反應(yīng)物的總能量大于生成物的總能量，則該反應(yīng)為放熱反應(yīng)，即△H＜0，若要△H-T?△S＜0，則必須在高溫條件下；
故答案為：A；
（3）A、由圖2可知生成0.75mol/LCH₃OH，則反應(yīng)了0.75mol/LCO，平衡時有0.25mol/LCO，即CO的起始物質(zhì)的量為（0.75mol/l+0.25mol/L）×2L=2mol，故A錯誤；
B、增加CO濃度，會促進氫氣的轉(zhuǎn)化，氫氣的轉(zhuǎn)化率增大，但CO的轉(zhuǎn)化率減小，故B錯誤；
C、該反應(yīng)為反應(yīng)前后氣體的物質(zhì)的量不同，質(zhì)量守恒，所以氣體平均相對分子質(zhì)量逐漸增大，當(dāng)氣體平均相對分子質(zhì)量保持不變時，反應(yīng)已達平衡狀態(tài)，故C正確；
D、再充入1molCO和2molH₂，體積不變，則壓強增大，平衡正向移動，再次達到平衡時

n(CH3OH)

n(CO)

會增大，故D錯誤；
故答案為：C；
（4）由圖2可知，反應(yīng)中減小的CO的濃度為1mol/L-0.25mol/L=0.75mol/L，10min時達到平衡，
則用CO表示的化學(xué)反應(yīng)速率為

0.75mol/L

10min

=0.075mol?L^-1?min^-1，
因反應(yīng)速率之比等于化學(xué)計量數(shù)之比，則v（H₂）=0.075mol?L^-1?min^-1×2=0.15mol?L^-1?min^-1，
      CO（g）+2H₂（g） CH₃OH（g）
開始：1mol/L     2mol/L             0
轉(zhuǎn)化：0.75mol/L   1.5mol/L       0.75mol/L
平衡：0.25mol/L   0.5mol/L      0.75mol/L
則化學(xué)平衡常數(shù)K=

c(CH3OH)

c(CO)?c2(H2)

=

0.75mol/L

0.25mol/L×(0.5mol/L )2

=12 L²?mol^-2；
若體積保持不變再加入0.5mol CO和1mol CH₃OH，則Qc=

c(CH3OH)

c(CO)?c2(H2)

=

0.75+0.5

(0.25+0.25)×0．52

=10＜K，反應(yīng)未達到平衡狀態(tài)，則反應(yīng)向正反應(yīng)方向進行；
故答案為：0.15mol?L^-1?min^-1；12 L²?mol^-2；正反應(yīng)；
（5）CO（g）+2H₂（g） CH₃OH（g）△H＜0，則溫度越高，逆向反應(yīng)進行的程度越大，甲醇的含量就越低，壓強增大，反應(yīng)正向進行的程度大，則甲醇的含量高，則圖象為：
；
故答案為：；
（5）32g的CH₃OH（g）的物質(zhì)的量為1mol，
已知：CH₃OH（g）+

3

2

O₂（g）=CO₂（g）+2H₂O（g）△H=-192.9kJ/mol ①
     H₂O（l）=H₂O（g）△H=+44kJ/mol ②
根據(jù)蓋斯定律①-②×2得：CH₃OH（g）+

3

2

O₂（g）=CO₂（g）+2H₂O（l）△H=-280.9kJ/mol，
故答案為：CH₃OH（g）+

3

2

O₂（g）=CO₂（g）+2H₂O（l）△H=-280.9kJ/mol．

點評：本題考查化學(xué)反應(yīng)速率、化學(xué)平衡及能量變化等，學(xué)生應(yīng)注意圖象的利用來分析解決問題，圖象中的信息是解答本題的關(guān)鍵，題目綜合性強，難度中等．