Question

能源短缺是人類社會(huì)面臨的重大問題．甲醇是一種可再生能源，具有廣泛的開發(fā)和應(yīng)用前景．
Ⅰ．已知在常溫常壓下：
①2CH₃OH（l）+3O₂（g）═2CO₂（g）+4H₂O（g）△H═-1275.6KJ?mol^-1
②2CO（g）+O₂（g）═2CO₂（g）△H═-566.0KJ?mol^-1
③H₂O（g）═H₂O（l）△H═-44.0KJ?mol^-1
寫出甲醇不完全燃燒生成一氧化碳和液態(tài)水的熱化學(xué)方程式：

 

Ⅱ．工業(yè)上合成甲醇的反應(yīng)為：CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）；△H
（1）該反應(yīng)在300℃，5MPa條件下能自發(fā)進(jìn)行，則△H

 

0，△S

 

0 （填“＜，＞或=”）．
（2）在300℃，5MPa條件下，將0.20mol的 CO與0.58mol H₂的混合氣體充入2L密閉容器發(fā)生反應(yīng)，反應(yīng)過程中甲醇的物質(zhì)的量濃度隨時(shí)間的變化如圖1所示．
①在0～2min內(nèi)，以H₂表示的平均反應(yīng)速率為

 

mol?L^-1?s^-1．
②計(jì)算300℃時(shí)該反應(yīng)的平衡常數(shù)K=

 

．
③300℃時(shí)，將0.50mol CO、1.00mol H₂和1.00mol CH₃OH 充
入容積為2L的密閉容器中，此時(shí)反應(yīng)將

 

．
A．向正方向移動(dòng)   B．向逆方向移動(dòng)
C．處于平衡狀態(tài)   D．無法判斷
④下列措施可增加甲醇產(chǎn)率的是

 

A．壓縮容器體積       B．將CH₃OH（g）從體系中分離
C．充入He，使體系總壓強(qiáng)增大
D．再充入0.20mol CO和0.58mol H₂
（3）若其它條件不變，使反應(yīng)在500℃下進(jìn)行，在圖2中作出甲醇的物質(zhì)的量濃度隨時(shí)間的變化的示意圖．
Ⅲ．甲醇可以與水蒸氣反應(yīng)生成氫氣，反應(yīng)方程式如下：
CH₃OH（g）+H₂O（g）???CO₂（g）+3H₂（g）△H＞0．
（1）判斷可逆反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)的依據(jù)是（填序號(hào)）

 

．
A．v_正（CH₃OH）=v_正（CO₂）
B．混合氣體的密度不變
C．混合氣體的平均相對(duì)分子質(zhì)量不變
D．CH₃OH、H₂O、CO₂、H₂的濃度都不再發(fā)生變化
（2）圖2中P是可自由平行滑動(dòng)的活塞，關(guān)閉K，在相同溫度時(shí)，向A容器中充入1mol CH₃OH（g）和2mol H₂O（g），向B容器中充入1.2mol CH₃OH（g）和2.4mol H₂O（g），兩容器分別發(fā)生上述反應(yīng)．已知起始時(shí)容器A和B的體積均為a L．試回答：反應(yīng)達(dá)到平衡時(shí)容器B的體積為1.5a L，容器B中CH₃OH的轉(zhuǎn)化率為

 

，A、B兩容器中H₂O（g）的體積百分含量的大小關(guān)系為B

 

A（填“＞”“＜”或“=”）．

Answer 1

考點(diǎn)：熱化學(xué)方程式,化學(xué)平衡的影響因素,化學(xué)平衡狀態(tài)的判斷,化學(xué)平衡的計(jì)算

專題：基本概念與基本理論

分析：Ⅰ、依據(jù)熱化學(xué)方程式和蓋斯定律 計(jì)算所得熱化學(xué)方程式；
Ⅱ、（1）當(dāng)△H-T△S＜0時(shí)，反應(yīng)自發(fā)進(jìn)行，結(jié)合方程式分析即可；
（2）①據(jù)圖分析出△c和△t即可求出；
②利用三段式法解答；
③據(jù)該溫度下的K和Qc比較，當(dāng)K＞Qc時(shí)平衡正向移動(dòng)，K＜Qc時(shí)平衡逆向移動(dòng)；
④結(jié)合影響平衡移動(dòng)的因素，使平衡正向移動(dòng)即可；
（3）結(jié)合影響反應(yīng)速率和影響平衡移動(dòng)的因素解答．
Ⅲ、（1）化學(xué)平衡的標(biāo)志是正逆反應(yīng)速率相同，各組分濃度保持不變分析選項(xiàng)；
（2）依據(jù)恒溫恒容、恒溫恒壓容器變化，結(jié)合反應(yīng)平衡特征分析判斷，壓強(qiáng)變化和物質(zhì)的量變化成正比．

解答： 解：Ⅰ、（1）①H₂O（g）=H₂O（l）△H₁=-44.0kJ/mol
②2CO （g）+O₂（g）=2CO₂（g）△H₂=-566.0kJ/mol
③2CH₃OH（l）+3O₂（g）=2CO₂（g）+4H₂O（g）△H₃=-1275.6kJ/mol；
由蓋斯定律可知③-②+4×①得到甲醇不完全燃燒生成一氧化碳和液態(tài)水的熱化學(xué)方程式為：CH₃OH（l）+O₂（g）=CO（g）+2H₂O（l）△H=-442.8KJ/mol；
故答案為：CH₃OH（l）+O₂（g）=CO（g）+2H₂O（l）△H=-442.8KJ/mol；
Ⅱ、（1）該反應(yīng)的反應(yīng)物有3mol氣體，生成物有1mol氣體，所以△S＜0，反應(yīng)自發(fā)進(jìn)行△H-T△S＜0，故△H必須小于0，故答案為：＜；＜；
（2）①2min時(shí)，甲醇濃度變化0.02mol/L，則氫氣濃度變化為0.04mol/L，v（H₂）=

△c(H2)

△t

=

0.04mol/L

2min

=0.02mol/（L?min）^-1
故答案為：0.02；
②CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）
加入的（mol/L）  0.10    0.29        0
反應(yīng)的（mol/L）  0.02    0.04      0.02
平衡后（mol/L）   0.08    0.25      0.02
K=

c(CH3OH)

c(CO)c2(H2)

=

0.02mol/L

0.08mol/L×(0.25mol/L)2

=4（mol/L）^-2
故答案為：4（mol/L）^-2；
③Qc=K=

c(CH3OH)

c(CO)c2(H2)

=

0.50

0.25×0.502

=8＞K=4，所以平衡逆向移動(dòng)，故答案為：B；
④A、對(duì)于反應(yīng)CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g），反應(yīng)物氣體體積大于生成物，壓縮容器體積 時(shí)，壓強(qiáng)增大，平衡正向移動(dòng)，可增加甲醇產(chǎn)率，故A正確；
B、分離出甲醇，平衡正向移動(dòng)可增加甲醇產(chǎn)率，故B正確；
C、充入He，不影響各氣體的分壓，平衡不移動(dòng)，不能增加甲醇產(chǎn)率，故C錯(cuò)誤；
D、體積不變，再充入反應(yīng)物氣體，平衡正向移動(dòng)，可增加甲醇產(chǎn)率，故D正確．
故選：ABD；
（3）溫度升高，反應(yīng)速率加快，達(dá)到平衡時(shí)間短．正反應(yīng)放熱，升溫時(shí)平衡逆向移動(dòng)，平衡時(shí)甲醇濃度比300℃低，可得下圖：，
故答案為：；
Ⅲ、（1）可逆反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)的依據(jù)是正逆反應(yīng)速率相同，
A、v_正（CH₃OH）=v_正（CO₂）是反應(yīng)速率之比等于化學(xué)方程式計(jì)量數(shù)之比，不能說你反應(yīng)達(dá)到平衡，故A不符合；
B、反應(yīng)前后氣體質(zhì)量不變，容器體積不變，反應(yīng)過程中密度不變，混合氣體的密度不變不能說明反應(yīng)達(dá)到平衡，故B不符合；
C、反應(yīng)前后氣體物質(zhì)的量增大，質(zhì)量守恒，混合氣體的平均相對(duì)分子質(zhì)量不變，說明反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)，故C符合；
D、CH₃OH、H₂O、CO₂、H₂的濃度都不再發(fā)生變化是平衡標(biāo)志，故D符合；
故答案為：CD；
（2）B容器的體積變?yōu)樵瓉淼?.5倍，增加的氣體的物質(zhì)的量為3.6 mol×0.5=1.8 mol，依據(jù)化學(xué)方程式可知增加2mol，反應(yīng)甲醇1mol，則反應(yīng)的甲醇的物質(zhì)的量為0.9 mol，CH₃OH的轉(zhuǎn)化率=

0.9mol

1.2mol

×100%=75%．A是恒容反應(yīng)容器，B是恒壓反應(yīng)容器．B容器充入1.2molCH₃OH（g） 和2.4molH₂O（g）與B容器充入1molCH₂OH（g）和2molH₂O（g），是等效平衡．反應(yīng)方程式中生成物氣體增多，反應(yīng)時(shí)A容器壓強(qiáng)比B容器大，所以A中平衡時(shí)相當(dāng)于B平衡后的加壓，加壓平衡向逆反應(yīng)方向移動(dòng)，A容器中H₂O百分含量增多，填B“＜A”；
故答案為：75%；＜．

點(diǎn)評(píng)：本題考查了化學(xué)平衡三段式計(jì)算，平衡標(biāo)志的分析判斷，恒溫恒容容器，恒溫恒壓容器的分析判斷是解題關(guān)鍵，氣體壓強(qiáng)之比和物質(zhì)的量之比成正比例，題目難度較大．