Question

20．甲醇（CH₃OH）是一種重要的可再生能源．
（1）已知：2CH₄（g）+O₂（g）=2CO（g）+4H₂（g）△H=a KJ/mol
CO（g）+2H₂（g）=CH₃OH（g）△H=b KJ/mol
試寫出由CH₄和O₂制取甲醇的熱化學方程式：2CH₄（g）+O₂（g）=2CH₃OH（g）△H=（a+2b）kJ/mol．
（2）還可以通過下列反應制備甲醇：CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）．
甲圖是反應時CO和CH₃OH（g）的濃度隨時間的變化情況．從反應開始到達平衡，用H₂表示平均反應速率υ（H₂）=0.15mol/（L•min）．

（3）在一容積可變的密閉容器中充入10mol CO和20mol H₂，CO的平衡轉化率隨溫度（T）、壓強（P）的變化如乙圖所示．
①下列說法能判斷該反應達到化學平衡狀態(tài)的是BD．（填字母）
A．H₂的消耗速率等于CH₃OH的生成速率的2倍
B．H₂的體積分數不再改變
C．體系中H₂的轉化率和CO的轉化率相等
D．體系中氣體的平均摩爾質量不再改變
②比較A、B兩點壓強大小P_A＜P_B（填“＞、＜、=”）．
③若達到化學平衡狀態(tài)A時，容器的體積為20L．如果反應開始時仍充入10molCO和20molH₂，則在平衡狀態(tài)B時容器的體積V（B）=4L．

Answer 1

分析 （1）利用蓋斯定律，1式加2式的二倍即可得到該方程式及焓變；
（2）根據反應速率v=$\frac{△c}{△t}$，結合物質表示的反應速率之比等于物質前邊的系數之比來計算；
（3）①平衡標志是正逆反應速率相同，各成分濃度保持不變分析判斷選項；
②正反應方向為氣體體積減小的方向，T₁℃時比較CO的轉化率，轉化率越大，則壓強越大；
③A、B反應溫度相等，則平衡常數相等，利用平衡常數計算．

解答 解：（1）已知①2CH₄（g）+O₂（g）=2CO（g）+4H₂（g）△H=a KJ/mol
②CO（g）+2H₂（g）=CH₃OH（g）△H=b KJ/mol，①+②×2可得到2CH₄（g）+O₂（g）=2CH₃OH（g）△H=（a+2b）kJ/mol，故答案為：2CH₄（g）+O₂（g）=2CH₃OH（g）△H=（a+2b）kJ/mol；
（2）用甲醇表示的反應速率v=$\frac{0.75mol/L}{10min}$=0.075mol/（L•min），氫氣表示的反應速率是甲醇的2倍，即0.15mol/（L•min），故答案為：0.15mol/（L•min）；
（3）①A．H₂的消耗速率等于CH₃OH的生成速率的2倍，不能說明正逆反應速率相等，不一定平衡，故A錯誤；
B．H₂的體積分數不再改變是化學平衡的特征，達到了平衡，故B正確；
C．體系中H₂的轉化率和CO的轉化率相等，不能說明正逆反應速率相等，不一定平衡，故C錯誤；
D．體系中氣體的平均摩爾質量等于質量和物質的量的比值，物質的量變化，質量不變，所以當體系中氣體的平均摩爾質量不再改變，證明達到了平衡，故D正確．
故選BD；
 ②正反應方向為氣體體積減小的方向，T₁℃時比較CO的轉化率，轉化率越大，則壓強越大，圖象中P_B轉化率大于P_A，可知P_A＜P_B，故答案為：＜；
 ③A、B兩容器溫度相同，即化學平衡常數相等，且B點時CO的轉化率為0.8，
則            CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）
起始（mol）：10     20         0
轉化（mol）：8      16         8
平衡（mol）：2       4         8
設體積為VL，則有K=$\frac{\frac{8}{V}}{\frac{2}{V}×（\frac{4}{V}）^{2}}$=4，V=4L，
故答案為：4．

點評 本題主要考查了熱化學方程式的書寫、化學平衡狀態(tài)的判斷以及平衡的計算的知識，屬于綜合知識的考查，難度大．