Question

5．工業(yè)上用CO生產(chǎn)燃料甲醇．一定溫度和容積條件下發(fā)生反應(yīng)：CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）．圖1表示反應(yīng)中的能量變化；圖2表示一定溫度下，在體積為1L的密閉容器中加入2mol H₂和一定量的CO后，CO和CH₃OH（g）的濃度隨時間變化．

請回答下列問題：
（1）在“圖1”中，曲線b（填“a”或“b”）表示使用了催化劑；沒有使用催化劑時，在該溫度和壓強條件下反應(yīng)CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）的△H=-91kJ•mol^-1．
（2）下列說法正確的是ABC
A．起始充入的CO的物質(zhì)的量為1mol
B．增加CO的濃度，H₂的轉(zhuǎn)化率會增大
C．容器中壓強恒定時，反應(yīng)達到平衡狀態(tài)
（3）從反應(yīng)開始到建立平衡，v（CO）=0.075mol•L^-1•min^-1；達到平衡時，c（H₂）=0.5mo/L，該溫度下CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）的化學平衡常數(shù)表達式為K=$\frac{c（CH{\;}_{3}OH）}{c（CO）c（H{\;}_{2}）{\;}^{2}}$．達到平衡后若保持其它條件不變，將容器體積壓縮為0.5L，則平衡正向移動 （填“正向”、“逆向”或“不”）．
（4）已知CH₃OH（g）+$\frac{3}{2}$O₂（g）=CO₂（g）+2H₂O（g）；△H=-193kJ/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=-281kJ/mol．

Answer 1

分析 （1）根據(jù)圖中反應(yīng)的活化能的大小來分析是否使用催化劑，利用反應(yīng)前后的總能量來分析反應(yīng)的能量變化；
（2）A．由圖2計算CO起始的量；
B．增加CO濃度，會促進氫氣的轉(zhuǎn)化，但本身的轉(zhuǎn)化率降低；
C．該反應(yīng)為反應(yīng)前后壓強不等的反應(yīng)；
（3）由圖2計算用CO表示的反應(yīng)速率，再利用反應(yīng)速率之比等于化學計量數(shù)之比來計算氫氣的反應(yīng)速率，c（H₂）=v（H₂）×△t結(jié)合三段式計算達到平衡時，c（H₂），化學平衡常數(shù)表達式K=$\frac{c（CH{\;}_{3}OH）}{c（CO）c（H{\;}_{2}）{\;}^{2}}$；根據(jù)壓縮體積，壓強增大，平衡正向移動；
（4）已知①CH₃OH（g）+$\frac{3}{2}$O₂=CO₂（g）+2H₂O（g）△H=-193KJ/mol，②H₂O（l）=H₂O（g）△=44KJ/mol，
利用蓋斯定律將①-②×2計算．

解答 解：（1）由圖可知，反應(yīng)的活化能b的較小，所以b使用的催化劑，該反應(yīng)中反應(yīng)物的總能量大于生成物的總能量，該反應(yīng)為放熱反應(yīng)；
由圖可知，反應(yīng)物為1molCO（g）和2molH₂（g），生成物為1molCH₃OH（g），△H=419-510=-91 kJ•mol^-1，故反應(yīng)的熱化學方程式為：CO（g）+2H₂（g）=CH₃OH（g）△H=-91 kJ•mol^-1，
故答案為：b；-91kJ•mol^-1；
（2）A．由圖2可知CO的起始物質(zhì)的量為1mol/l×1L=1mol，故A正確；
B．增加CO濃度，會促進氫氣的轉(zhuǎn)化，氫氣的轉(zhuǎn)化率增大，故B正確；
C．該反應(yīng)為反應(yīng)前后壓強不等的反應(yīng)，則壓強不變時，該反應(yīng)達到平衡狀態(tài)，故C正確；
故選：ABC；
（3）由圖2可知，反應(yīng)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(yīng)速率為 $\frac{0.75mol/L}{10min}$=0.075mol•L^-1•min^-1，
因反應(yīng)速率之比等于化學計量數(shù)之比，則v（H₂）=0.075mol•L^-1•min^-1×2=0.15mol•L^-1•min^-1；c（H₂）=v（H₂）×△t=0.15mol•L^-1•min^-1×10min^-1=1.5mol•L^-1，
           CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）
開始（mol/L） 1     2         0
轉(zhuǎn)化（mol/L） 0.75  1.5      0.75
平衡（mol/L） 0.25  0.5      0.75
所以達到平衡時，c（H₂）=0.5mo/L，則化學平衡常數(shù)表達式K=$\frac{c（CH{\;}_{3}OH）}{c（CO）c（H{\;}_{2}）{\;}^{2}}$，正反應(yīng)為體積縮小的反應(yīng)，壓縮體積，壓強增大，平衡正向移動，
故答案為：0.075mol•L^-1•min^-1；0.5mo/L； K=$\frac{c（CH{\;}_{3}OH）}{c（CO）c（H{\;}_{2}）{\;}^{2}}$；正向；
（4）已知①CH₃OH（g）+$\frac{3}{2}$O₂=CO₂（g）+2H₂O（g）△H=-193KJ/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（l）
△H=（-193kJ/mol）-44KJ/mol×2=-281kJ/mol，
故答案為：CH₃OH（g）+$\frac{3}{2}$O₂（g）=CO₂（g）+2H₂O（l）△H=-281kJ/mol．

點評 本題考查物質(zhì)的量濃度隨時間變化的曲線，題目難度中等，正確分析圖象得出合理信息是解答本題的關(guān)鍵，注意熟練掌握化學平衡及其影響因素，試題側(cè)重考查學生的分析能力及靈活應(yīng)用能力．