Question

5．氫氣是一種新型的綠色能源，又是一種重要的化工原料．
（1）氫氣的燃燒熱值高，H₂（g）+1/2O₂ （g）=H₂O （g）△H=-241.8kJ•mol^-1

化學(xué)鍵	H-H	O=O	O-H
鍵能（kJ•mol-1）	X	496.4	463

請(qǐng)根據(jù)相關(guān)數(shù)據(jù)計(jì)算：H-H的鍵能X=436kJ•mol^-1．
（2）根據(jù)現(xiàn)代工業(yè)技術(shù)可以用H₂和CO反應(yīng)來(lái)生產(chǎn)燃料甲醇，其反應(yīng)方程式如下：
CO₂ （g）+3H₂（g）?H₂O（l）+CH₃OH（g）△H=-49.00kJ•mol^-1
一定溫度下，在體積為1L的密閉容器中充入1.00mol CO₂和3.00mol H₂，測(cè)得CO₂和CH₃OH的濃度隨時(shí)間變化如圖所示．
①能說(shuō)明該反應(yīng)已達(dá)平衡狀態(tài)的是A（填代號(hào)）．
A．CO₂在混合氣體中的體積分?jǐn)?shù)保持不變
B．單位時(shí)間內(nèi)每消耗1.2mol H₂，同時(shí)生成0.4mol H₂O
C．反應(yīng)中H₂O與CH₃OH的物質(zhì)的量濃度比為1：1，且保持不變
②從反應(yīng)開(kāi)始到平衡時(shí)的平均反應(yīng)速率v（H₂）=0.225mol/（L．min），達(dá)到平衡時(shí)氫氣的轉(zhuǎn)化率為75%．
③該溫度下的平衡常數(shù)表達(dá)式為$\frac{c（C{H}_{3}OH）}{c（C{O}_{2}）×{c}^{3}（{H}_{2}）}$．
④下列的條件一定能加快反應(yīng)速率并且提高H₂轉(zhuǎn)化率的是D（填代號(hào)）．
A．降低反應(yīng)溫度
B．分離出水
C．保持容器體積不變，充入稀有氣體
D．保持容器體積不變，充入CO₂氣體．

Answer 1

分析 （1）反應(yīng)熱=反應(yīng)物總鍵能-生成物總鍵能；
（2）①可逆反應(yīng)到達(dá)平衡時(shí)，同種物質(zhì)的正逆速率相等，各組分的濃度、含量保持不變，由此衍生的其它一些量不變，判斷平衡的物理量應(yīng)隨反應(yīng)進(jìn)行發(fā)生變化，該物理量由變化到不再變化說(shuō)明到達(dá)平衡；
②由圖可知，10min到達(dá)平衡，平衡時(shí)甲醇濃度變化量為0.75mol/L，根據(jù)方程式可知?dú)錃鉂舛茸兓癁?.75mol/L×3=2.25mol/L，根據(jù)v=$\frac{△c}{△t}$計(jì)算v（H₂），根據(jù)△n=△c×V計(jì)算參加反應(yīng)氫氣物質(zhì)的量，進(jìn)而計(jì)算氫氣轉(zhuǎn)化率；
③化學(xué)平衡常數(shù)是指：一定溫度下，可逆反應(yīng)到達(dá)平衡時(shí)，生成物的濃度系數(shù)次冪之積與反應(yīng)物的濃度系數(shù)次冪之積的比，固體、純液體不需要在化學(xué)平衡常數(shù)中寫(xiě)出；
④升高溫度、增大壓強(qiáng)、增大物質(zhì)濃度、使用催化劑可以加快反應(yīng)速率，要提高H₂轉(zhuǎn)化率，應(yīng)使平衡正向移動(dòng)，但不能只增大氫氣濃度，否則氫氣轉(zhuǎn)化率會(huì)降低．

解答 解：（1）反應(yīng)熱=反應(yīng)物總鍵能-生成物總鍵能，則 XkJ•mol^-1+$\frac{1}{2}$×496.4kJ•mol^-1-2×463kJ•mol^-1=
-241.8kJ•mol^-1，解得X=436，
故答案為：436；
（2）①A．平衡時(shí)各組分的含量保持不變，故CO₂在混合氣體中的體積分?jǐn)?shù)保持不變，說(shuō)明反應(yīng)到達(dá)平衡，故A正確；
B．單位時(shí)間內(nèi)每消耗1.2mol H₂，同時(shí)生成0.4mol H₂O，均表示正反應(yīng)速率，反應(yīng)始終按該比例關(guān)系進(jìn)行，不能說(shuō)明到達(dá)平衡，應(yīng)是“單位時(shí)間內(nèi)每消耗1.2mol H₂同時(shí)生成0.4mol H₂O時(shí)，反應(yīng)到達(dá)平衡”，故B錯(cuò)誤；
C．反應(yīng)中H₂O與CH₃OH的物質(zhì)的量濃度比始終為1：1，不能說(shuō)明到達(dá)平衡，故C錯(cuò)誤，
故選：A；
②由圖可知，10min到達(dá)平衡，平衡時(shí)甲醇濃度變化量為0.75mol/L，根據(jù)方程式可知?dú)錃鉂舛茸兓癁?.75mol/L×3=2.25mol/L，故v（H₂）=$\frac{2.25mol/L}{10min}$=0.225mol/（L．min），參加反應(yīng)氫氣物質(zhì)的量為2.25mol/L×1L=2.25mol，氫氣轉(zhuǎn)化率為$\frac{2.25mol}{3mol}$×100%=75%，
故答案為：0.225mol/（L．min）；75%；
③CO₂ （g）+3H₂（g）?H₂O（l）+CH₃OH（g）的化學(xué)平衡常數(shù)表達(dá)式K=$\frac{c（C{H}_{3}OH）}{c（C{O}_{2}）×{c}^{3}（{H}_{2}）}$，
故答案為：$\frac{c（C{H}_{3}OH）}{c（C{O}_{2}）×{c}^{3}（{H}_{2}）}$；
④A．降低反應(yīng)溫度，反應(yīng)速率減慢，故A錯(cuò)誤；
B．水為液體，分離出水，反應(yīng)速率不變，不影響平衡移動(dòng)，氫氣轉(zhuǎn)化率不變，故B錯(cuò)誤；
C．保持容器體積不變，充入稀有氣體，混合氣體各組分濃度不變，反應(yīng)速率不變、平衡不移動(dòng)，氫氣轉(zhuǎn)化率不變，故C錯(cuò)誤
D．保持容器體積不變，充入CO₂氣體，二氧化碳濃度增大，反應(yīng)速率加快，平衡正向移動(dòng)，氫氣轉(zhuǎn)化率增大，故D正確，
故選：D．

點(diǎn)評(píng) 本題考查化學(xué)平衡計(jì)算與影響因素、反應(yīng)速率計(jì)算及影響因素、平衡常數(shù)、反應(yīng)熱計(jì)算等，注意平衡常數(shù)表達(dá)式書(shū)寫(xiě)時(shí)，固體、純液體不需要在化學(xué)平衡常數(shù)中寫(xiě)出．