Question

甲醇可作為燃料電池的原料．通過下列反應(yīng)可以制備甲醇：
CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）△H=-90.8kJ?mol^-1在一容積可變的密閉容器中充入10mol CO和20mol H₂，CO 的平衡轉(zhuǎn)化率隨溫度（T）、壓強(qiáng)（P）的變化如圖1所示，當(dāng)達(dá)到平衡狀態(tài)A時(shí)，容器的體積為20L．

（1）該反應(yīng)的化學(xué)平衡常數(shù)表達(dá)式為

 

．
（2）如反應(yīng)開始時(shí)仍充入10mol CO 和20mol H₂，則在平衡狀態(tài)B時(shí)容器的體積V（B）=

 

 L．
（3）關(guān)于反應(yīng)CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）在化學(xué)平衡狀態(tài)時(shí)的描述正確的是

 

（填
字母）．
A．CO的含量保持不變     
B．容器中CH₃OH濃度與CO濃度相等
C．2V_正（CH₃OH）=V_正（H₂）
D．容器中混合氣體的平均相對分子質(zhì)量保持不變
（4）CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g），按照相同的物質(zhì)的量投料，測得CO在不同溫度下的平衡轉(zhuǎn)化率與壓強(qiáng)的關(guān)系如圖2所示．下列說法正確的是

 

．
A．溫度：T₁＜T₂＜T₃
B．正反應(yīng)速率：ν（a）＞ν（c）；ν（b）＞ν（d）
C．平衡常數(shù)：K（a）=K（c）；K（b）＞K（d）
D．平均摩爾質(zhì)量：M（a）＜M（c）；M（b）＞M（d）
（5）已知CO₂（g）+H₂（g）?CO（g）+H₂O（g）△H=+41.3kJ?mol^-1，試寫出由CO₂和H₂制取甲醇的熱化學(xué)方程式

 

．

Answer 1

考點(diǎn)：化學(xué)平衡常數(shù)的含義,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

專題：化學(xué)反應(yīng)中的能量變化,化學(xué)平衡專題

分析：（1）平衡常數(shù)為產(chǎn)物濃度系數(shù)次冪的乘積與反應(yīng)物濃度系數(shù)次冪的乘積的比值；
（2）A、B溫度相同，則化學(xué)平衡常數(shù)也相同，可利用A點(diǎn)時(shí)計(jì)算出化學(xué)平衡常數(shù)，計(jì)算得出B的體積；
（3）根據(jù)化學(xué)平衡狀態(tài)的判斷依據(jù)進(jìn)行判斷；
（4）觀察圖象根據(jù)圖象中曲線走勢判斷各選項(xiàng)；
（5）利用蓋斯定律計(jì)算得出熱化學(xué)方程式．

解答： 解：（1）平衡常數(shù)為產(chǎn)物濃度系數(shù)次冪的乘積與反應(yīng)物濃度系數(shù)次冪的乘積的比值，K=

c(CH3OH)

c2(H2O)?c(CO)

，故答案為：K=

c(CH3OH)

c2(H2O)?c(CO)

；
（2）密閉容器中充入10mol CO和20mol H₂，達(dá)到平衡狀態(tài)A時(shí)，CO轉(zhuǎn)化率為0.5，此時(shí)各物質(zhì)的物質(zhì)的量為CO為5mol，H₂為10mol，CH₃OH為5mol，氣體的物質(zhì)的量為20mol，容器體積為20L；若反應(yīng)開始時(shí)仍充入10mol CO 和20mol H₂，達(dá)到平衡狀態(tài)B時(shí)，CO轉(zhuǎn)化率為0.8，此時(shí)各物質(zhì)的物質(zhì)的量為CO為2mol，H₂為4mol，CH₃OH為8mol，氣體的物質(zhì)的量為14mol；由于A、B溫度相同，化學(xué)平衡常數(shù)相同，設(shè)B點(diǎn)氣體體積為V，則有

5 20

5 20 ?( 10 20 )2

=

8 V

2 V ?( 4 V )2

，V=4L，故答案為4；
（3）A、CO的含量保持不變，各組分的物質(zhì)的量，總物質(zhì)的量不變，達(dá)到化學(xué)平衡狀態(tài)，故A正確；
B、容器中CH₃OH濃度與CO濃度相等，是一個(gè)比較特殊的情況，此時(shí)可能達(dá)到平衡狀態(tài)，也可能未達(dá)到平衡狀態(tài)，故B錯(cuò)誤；
C、2V_正（CH₃OH）=V_正（H₂），若2V_正（CH₃OH）=V_逆（H₂），則V_正（H₂）=V_逆（H₂），達(dá)到化學(xué)平衡狀態(tài)，故C正確；
D、M_平均=

m總

n總

，氣體總質(zhì)量不變，反應(yīng)前后計(jì)量數(shù)不同，即反應(yīng)前后氣體n_總不同，所以當(dāng)M_平均不變時(shí)，達(dá)到了化學(xué)平衡狀態(tài)，故D正確；
故選ACD；
（4）A、由于該反應(yīng)的正反應(yīng)為放熱反應(yīng)，在其他條件不變的情況下，升高溫度，平衡向吸熱的方向移動，即向逆反應(yīng)方向移動，反應(yīng)物轉(zhuǎn)化率降低，由于a＞b＞c，所以：溫度：T₁＜T₂＜T₃，故A正確；
B、在其他條件不變的情況下，升高溫度，化學(xué)反應(yīng)速率加快，由于溫度T₁＜T₂＜T₃，速率ν（c）＞ν（a）；在其他條件相同時(shí)，增大壓強(qiáng)，化學(xué)反應(yīng)速率加快，由于壓強(qiáng)b＞d，速率ν（b）＞ν（d），故B錯(cuò)誤；
C、化學(xué)平衡常數(shù)只與溫度有關(guān)，由于T₁＜T₂＜T₃，升高溫度，平衡向逆反應(yīng)方向移動，K減小，
K（a）＞K（c），K（b）=K（d），故C錯(cuò)誤；
D、升高溫度，平衡向逆反應(yīng)方向移動，平衡時(shí)氣體的物質(zhì)的量增大，氣體的平均摩爾質(zhì)量減小，由于溫度T₁＜T₂＜T₃，所以平衡時(shí)n（c）＞n（a），M（a）＞M（c）；
在相同溫度下，增大壓強(qiáng)，平衡正向移動，平衡時(shí)氣體的物質(zhì)的量減小，所以平衡時(shí)n（d）＞n（b），M（b）＞M（d），故D錯(cuò)誤；
故選A；
（5）將CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）△H=-90.8kJ?mol^-1與CO₂（g）+H₂（g）?CO（g）+H₂O（g）△H=+41.3kJ?mol^-1，相加可得到CO₂和H₂制取甲醇的熱化學(xué)方程式CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）△H=-49.5 kJ?mol^-1，故答案為：CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）△H=-49.5 kJ?mol^-1．

點(diǎn)評：本題考查了熱化學(xué)方程式和蓋斯定律計(jì)算應(yīng)用、化學(xué)平衡狀態(tài)的特征及判斷、化學(xué)平衡圖象等知識，難度中等．