Question

10．工業(yè)上用CO生產燃料甲醇．一定條件下發(fā)生反應：CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）．圖1表示反應中能量的變化；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．

（1）在圖1中，曲線b（填a或b）表示使用了催化劑；該反應屬于放熱（填吸熱、放熱）反應．
（2）下列說法正確的是AC
A．起始充入的CO為2mol
B．增加CO濃度，CO的轉化率增大
C．容器中壓強恒定時，反應已達平衡狀態(tài)
D．恒溫恒容時，再充入1molCO和2molH₂，再次達到平衡時$\frac{n（C{H}_{3}OH）}{n（CO）}$會減小
（3）從反應開始到建立平衡，v（H₂）=0.15mol•L^-1•min^-1；該溫度下CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）的化學平衡常數為12 L²•mol^-2．若保持其它條件不變，將反應體系升溫，則該反應化學平衡常數減�。ㄌ睢霸龃蟆�、“減小”或“不變”）．
（4）已知CH₃OH（g）+$\frac{3}{2}$O₂（g）=CO₂（g）+2H₂O（g）△H=-192.9kJ/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)水的熱化學方程式CH₃OH（g）+$\frac{3}{2}$O₂（g）=CO₂（g）+2H₂O（l）△H=-280.9kJ/mol．

Answer 1

分析 （1）根據圖中反應的活化能的大小來分析是否使用催化劑，利用反應前后的總能量來分析反應的能量變化；
（2）A、由圖2利用轉化的CO和平衡時CO的量來分析；
B、增加CO濃度，會促進氫氣的轉化，但本身的轉化率降低；
C、該反應為反應前后壓強不等的反應；
D、再充入1molCO和2molH₂，體積不變，則壓強增大，平衡正向移動；
（3）由圖2計算用CO表示的反應速率，再利用反應速率之比等于化學計量數之比來計算氫氣的反應速率，利用各物質平衡的濃度來計算化學平衡常數；根據溫度升高，平衡逆向移動，反應物的濃度增大，生成物的濃度減少，平衡常數減��；
（4）32g的CH₃OH的物質的量為1mol，結合蓋斯定律計算．

解答 解：（1）由圖可知，曲線b降低了反應所需的活化能，則b使用了催化劑，又該反應中反應物的總能量大于生成物的總能量，則該反應為放熱反應，
故答案為：b；放熱；
（2）A、由圖2可知生成0.75mol/LCH₃OH，則反應了0.75mol/LCO，平衡時有0.25mol/LCO，即CO的起始物質的量為（0.75mol/l+0.25mol/L）×2L=2mol，故A正確；
B、增加CO濃度，會促進氫氣的轉化，氫氣的轉化率增大，但CO的轉化率減小，故B錯誤；
C、該反應為反應前后壓強不等的反應，則壓強不變時，該反應達到平衡狀態(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：AC；
（3）由圖2可知，反應中減小的CO的濃度為1mol/L-0.25mol/L=0.75mol/L，10min時達到平衡，
則用CO表示的化學反應速率為$\frac{0.75mol/L}{10min}$=0.075mol•L^-1•min^-1，
因反應速率之比等于化學計量數之比，則v（H₂）=0.075mol•L^-1•min^-1×2=0.15mol•L^-1•min^-1；
                      CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）
開始（mol/L） 1              2                  0
轉化（mol/L） 0.75        1.5               0.75
平衡（mol/L） 0.25         0.5               0.75
則化學平衡常數K═$\frac{0.75mol/L}{0.25mol/L×（0.5mol/L）^{2}}$=12L²•mol^-2；
因溫度升高，平衡逆向移動，反應物的濃度增大，生成物的濃度減少，平衡常數減小；
故答案為：0.15mol•L^-1•min^-1；12L²•mol^-2； 減小；
（4）①CH₃OH（g）+$\frac{3}{2}$O₂=CO₂（g）+2H₂O（g）△H=-192.9KJ/mol，②H₂O（l）=H₂O（g）△=44KJ/mol，
利用蓋斯定律將①-②×2可得CH₃OH（g）+$\frac{3}{2}$O₂（g）=CO₂（g）+2H₂O
△H=（-192.9kJ/mol）-44KJ/mol×2=-280.9kJ/mol，
故答案為：CH₃OH（g）+$\frac{3}{2}$O₂（g）=CO₂（g）+2H₂O（l）△H=-280.9kJ/mol．

點評 本題考查化學反應速率、化學平衡及能量變化，學生應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鍵，反應熱與焓變，注意蓋斯定律應用，為高頻考點，題目難度中等．