Question

目前工業(yè)上可用CO₂來生產燃料甲醇，其反應方程式為：CO₂（g）+
3H₂（g）?CH₃OH（g）；△H=-49kJ/mol．現(xiàn)進行如下實驗：在體積為2L的密閉容器中，充入2molCO₂和6molH₂，在一定溫度下發(fā)生反應并達平衡，實驗中測得CO₂和CH₃OH（g）的濃度隨時間變化如圖：
（1）從反應開始到平衡，CO₂的平均速率為

 

（2）下列說法中正確的是

 

A、某時刻時混合氣體的密度、平均相對分子質量不變均可說明該反應達平衡狀態(tài)； 
B、單位時間內消耗3mol H₂的同時消耗1mol CH₃OH，可說明該反應達平衡狀態(tài)
C、反應達平衡時H₂的轉化率為75%； 
D、2mol CO₂和6mol H₂反應達到平衡時放出98.0KJ熱量
E、達平衡之后改變條件若平衡發(fā)生移動．該反應的平衡常數(shù)一定改變
（3）下列措施中既能加快該反應速率又能使CO₂的轉化率增大的是（填字母代號）

 

A、加入催化劑 B、升高溫度 C、恒溫恒容下充入He（g）  D、再充入l mol CO₂和3mol H₂
（4）該溫度下的平衡常數(shù)為（用分數(shù)表示）

 

（5）高甲醇質子交換膜燃料電池中將甲醇蒸氣轉化為氫氣的兩種反應原理是：’
①CH₃OH（g）+H₂O（g）=CO₂ （g）+3H₂ （g）；△H=+49．O KJ/mol
②CH₃OH（g）+

1

2

O₂ （g）=CO₂ （g）+2H₂ （g）；△H=-192.9KJ/mol
由此可推知：CH₃OH（l）+

1

2

O₂ （g）=CO₂ （g）+2H₂ （g）的△H

 

-192.9KJ/mol（填“＞”“＜”或“=”）；又已知：H₂O（g）=H₂O（g） （l）；△H=44.0KJ/mol，則CH₃OH（g）的燃燒熱為

 

．

Answer 1

考點：化學平衡的計算,用蓋斯定律進行有關反應熱的計算,化學反應速率的影響因素

專題：

分析：（1）根據(jù)CO₂和CH₃OH（g）的濃度隨時間的變化的圖，根據(jù)二氧化碳的濃度變化計算其平均反應速率；
（2）A、反應前后質量不變，體積不變，密度不變；
B、不同物質表示的正逆反應速率之比等于計量數(shù)之比即是平衡狀態(tài)；
C、根據(jù)反應消耗的二氧化碳，求出消耗的氫氣，然后求出反應達平衡時H₂的轉化率；
D、2mol CO₂和6mol H₂不能全部轉化為生成物；
E、平衡常數(shù)只隨著溫度的變化而變化；
（3）能加快該反應速率，則增大濃度、升高溫度、增大壓強或加催化劑，能使CO₂的轉化率增大，則平衡正向移動；
（4）先求出平衡時各物質的濃度，再根據(jù)K=

c(CH3OH)?c(H2O)

c(CO2)?c3(H2)

計算；
（5）氣態(tài)CH₃OH變化為液態(tài)放熱；依據(jù)已知熱化學方程式，利用蓋斯定律進行計算．

解答： 解：（1）根據(jù)圖示可知，10min達到平衡狀態(tài)，二氧化碳的濃度變化值為1mol/L-0.25mol/L=0.75mol/L，則CO₂的平均反應速率為：

0.75mol/L

10min

=0.075mol/（L?min），
故答案為：0.075mol/（L?min）；
（2）A、反應前后質量不變，體積不變，則密度不變，在整個反應過程中密度一直不變，所以不能根據(jù)密度判斷平衡狀態(tài)，反應后氣體的物質的量減小，則平均相對分子質量增大，所以平均相對分子質量不變即是平衡狀態(tài)，故A錯誤；
B、不同物質表示的正逆反應速率之比等于計量數(shù)之比即是平衡狀態(tài)，單位時間內消耗3mol H₂表示正速率，同時消耗1mol CH₃OH表示逆速率，二者正逆速率之比等于計量數(shù)之比，可說明該反應達平衡狀態(tài)，故B正確；
C、根據(jù)圖示可知，10min達到平衡狀態(tài)，二氧化碳的濃度變化值為1mol/L-0.25mol/L=0.75mol/L，則消耗的氫氣為0.75mol/L×3=2.25mol/L，則反應達平衡時H₂的轉化率為

2.25mol/L×2

6mol

×100%=75%，故C正確；
D、2mol CO₂和6mol H₂不能全部轉化為生成物，則2mol CO₂和6mol H₂反應達到平衡時放出的熱量小于98.0KJ，故D錯誤；
E、平衡常數(shù)只隨著溫度的變化而變化，則達平衡之后改變濃度使平衡發(fā)生移動，該反應的平衡常數(shù)一定不改變，故E錯誤；
故答案為：BC；
（3）A、加入催化劑反應速率增大，但是CO₂的轉化率不變，故A不選；
B、升高溫度反應速率增大，該反應為放熱反應，升高溫度，平衡逆移，則CO₂的轉化率減小，故B不選；
C、恒溫恒容下充入He（g），容器的體積不變，各反應物質的濃度不變，則反應速率和平衡不變，故C不選；
D、再充入l mol CO₂和3molH₂，反應物的濃度增大，反應速率增大，氣體的物質的量增大，壓強增大，平衡正向移動，則CO₂的轉化率增大，故D選；
故答案為：D；
（4）平衡時，c（CO₂）=0.25mol/L，c（H₂）=

6mol

2L

-2.25mol/L=0.75mol/L，c（CH₃OH）=0.75mol/L，c（H₂O）=0.75mol/L，則K=

c(CH3OH)?c(H2O)

c(CO2)?c3(H2)

=

0.75×0.75

0.25×0.753

=

16

3

；
故答案為：

16

3

；
（5）反應②氣態(tài)甲醇反應生成二氧化碳和氫氣的焓變是-192.9kJ/mol，而氣態(tài)CH₃OH變化為液態(tài)放熱，則1 mol液態(tài) CH₃OH充分燃燒生成二氧化碳和水放出的熱量小于192.9 kJ，則CH₃OH（l）+

1

2

O₂ （g）=CO₂ （g）+2H₂ （g）的△H＞-192.9KJ/mol；
已知①CH₃OH（g）+H₂O（g）=CO₂（g）+3H₂（g）△H=+49.0kJ?mol^-1
②CH₃OH（g）+

1

2

O₂（g）=CO₂（g）+2H₂（g）△H=-192.9kJ?mol^-1
又知 ③H₂O（g）=H₂O（l）△H=-44kJ/mol
依據(jù)蓋斯定律計算（②×3-①×2+③×2）得到CH₃OH（l）+

3

2

O₂（g）=CO₂（g）+2H₂O（l）△H=3×（-192.9 kJ?mol^-1）-2×49.0 kJ?mol^-1+（-44 kJ?mol^-1）×2=-764.7 KJ/mol；則CH₃OH（g）的燃燒熱為764.7 KJ/mol；
故答案為：＞；764.7 KJ/mol．

點評：本題考查較為綜合，涉及反應速率的計算、影響平衡和速率的因素、平衡狀態(tài)的判斷、化學平衡常數(shù)的計∥蓋斯定律的應用和反應熱的計算等，題目難度中等，本題注意熱化學方程式的書寫方法和平衡常數(shù)的計算應用，學習中要準確把握．