Question

20．甲醇是重要的工業(yè)原料．煤化工可以利用煤炭制取水煤氣從而合成甲醇：CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）．已知常溫常壓下反應(yīng)的能量變化如圖1所示：
②

化學(xué)鍵	H-H	H-O	O=O
鍵能kj/mol	436	x	496

（3）CO（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）=CO₂（g）△H=-280kJ/mol
H₂（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）=H₂O（I）△H=-284kJ/mol
H₂O（I）=H₂O（g）△H=+44kJ/mol
請(qǐng)回答下列問(wèn)題：
（1）甲醇?xì)怏w分解為CO和H₂兩種氣體這一反應(yīng)的活化能為510kj/mol；
（2）請(qǐng)寫(xiě)出表示氣態(tài)甲醇燃燒熱的熱化學(xué)方程式CH₃OH（g）+$\frac{3}{2}$O₂（g）=CO₂（g）+2H₂O（l）△H=-757kJ•mol^-1；
（3）H-O的鍵能x值為462；
（4）如圖2：在一容積可變的密閉容器中充入10molCO氣體和30molH₂氣體，當(dāng)達(dá)到平衡狀態(tài)A時(shí)，容器的體積為20L．如反應(yīng)開(kāi)始時(shí)仍充入10molCO和30molH₂，則在平衡狀態(tài)B時(shí)容器的體積V（B）=7L；
（5）在甲、乙、丙三個(gè)不同密閉容器中按不同方式投料，一定條件下發(fā)生該反應(yīng)（起始溫度和起始體積相同，反應(yīng)物和生成物反應(yīng)前后均為氣態(tài)）．相關(guān)數(shù)據(jù)如表所示：

容器	甲	乙	丙
相關(guān)條件	恒溫恒容	絕熱恒容	恒溫恒壓
反應(yīng)物投料	1molCO、2molH2	1molCH3OH	1molCH3OH
平衡時(shí)容器體積	V（甲）	V（乙）	V（丙）
反應(yīng)的平衡常數(shù)K	K（甲）	K（乙）	K（丙）
平衡時(shí)CH3OH的濃度/mol•L-1	C（甲）	C（乙）	C（丙）
平衡時(shí)CH3OH的反應(yīng)速率/mol•L-1•min-1	v（甲）	v（乙）	v（丙）

則下列說(shuō)法正確的是BC．
A．V（甲）＞V（丙）B．K（乙）＞K（丙）
C．c（乙）＞c（甲）              D．v（甲）=v（丙）

Answer 1

分析 （1）由圖象判斷，活化能為活化分子具有的能量；
（2）燃燒熱的熱化學(xué)方程式中，可燃物為1mol，反應(yīng)生成穩(wěn)定的氧化物．
由圖1可得熱化學(xué)方程式：①CO（g）+2H₂（l）=CH₃OH（g）△H=-91kJ/mol，
又已知：②CO（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）═CO₂（g）△H=-280kJ/mol
③H₂（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）═H₂O（l）△H=-284 kJ/mol
根據(jù)蓋斯定律，③×2+②-①可得：CH₃OH（g）+$\frac{3}{2}$O₂（g）=CO₂（g）+2H₂O（l）；
（3）已知：H₂（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）═H₂O（l）△H=-284 kJ/mol，
H₂O（l）═H₂O（g）△H=+44kJ/mol，
二者相加可得：H₂（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）═H₂O（g）△H=-240 kJ/mol，反應(yīng)熱=反應(yīng)物總鍵能-生成物總鍵能，進(jìn)而計(jì)算x的值；
（4）A、B反應(yīng)溫度相等，則平衡常數(shù)相等，利用平衡常數(shù)計(jì)算；
（5）合成甲醇的反應(yīng)為放熱反應(yīng)，甲為恒溫恒容，乙為絕熱恒容，乙溫度降低，平衡常數(shù)增大，丙恒溫恒壓，體積應(yīng)增大，以此解答．

解答 解：（1）由圖形可知甲醇的活化能為（419+91）kJ/mol=510kJ/mol，故答案為：510；
（2）燃燒熱的熱化學(xué)方程式中，可燃物為1mol，反應(yīng)生成穩(wěn)定的氧化物．
由圖1可得熱化學(xué)方程式：①CO（g）+2H₂（l）=CH₃OH（g）△H=-91kJ/mol，
又已知：②CO（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）═CO₂（g）△H=-280kJ/mol
③H₂（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）═H₂O（l）△H=-284 kJ/mol
根據(jù)蓋斯定律，③×2+②-①可得：CH₃OH（g）+$\frac{3}{2}$O₂（g）=CO₂（g）+2H₂O（l）△H=-757kJ•mol^-1，
故答案為：CH₃OH（g）+$\frac{3}{2}$O₂（g）=CO₂（g）+2H₂O（l）△H=-757kJ•mol^-1；
（3）已知：H₂（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）═H₂O（l）△H=-284 kJ/mol，
H₂O（l）═H₂O（g）△H=+44kJ/mol
二者相加可得：H₂（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）═H₂O（g）△H=-240 kJ/mol，
反應(yīng)熱=反應(yīng)物總鍵能-生成物總鍵能，則436kJ/mol+$\frac{1}{2}$×496kJ/mol-2×x kJ/mol=-240kJ/mol，解得x=462，
故答案為：462；
（4）A、B兩容器溫度相同，即化學(xué)平衡常數(shù)相等，A點(diǎn)時(shí)轉(zhuǎn)化率為50%，則K=$\frac{0.25}{0.25×{1}^{2}}$=1，且B點(diǎn)時(shí)CO的轉(zhuǎn)化率為0.8，
則                  CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）
起始（mol）：10            30                 0
轉(zhuǎn)化（mol）：8              16                8
平衡（mol）：2               1 4               8
設(shè)體積為VL，則有K=$\frac{\frac{8}{V}}{\frac{2}{V}×（\frac{14}{V}）^{2}}$=1，V=7L，
故答案為：7；
（5）A．丙為甲醇的分解是氣體體積增大的反應(yīng)，所以丙恒溫恒壓，體積變大，甲恒溫恒容，體積不變，所以，V_甲＜V_丙，故A錯(cuò)誤；
B．合成甲醇是放熱反應(yīng)，其逆反應(yīng)甲醇分解就是吸熱的，乙絕熱容器，丙恒溫，所以乙反應(yīng)后比丙溫度低，向吸熱方向進(jìn)行的程度小，平衡時(shí)乙中甲醇濃度比丙高，CO和氫氣濃度比丙低，K_乙＞K_丙，故B正確；
C．條件相同時(shí)，甲與乙是等效平衡．甲與乙容器體積相同，乙分解甲醇吸熱導(dǎo)致乙比甲溫度低，平衡向合成甲醇方向移動(dòng)，平衡時(shí)甲醇濃度乙大于甲，即c_乙＞c_甲，故C正確；
D．甲與丙起始溫度和起始體積相同，恒溫條件下反應(yīng)，丙在恒壓條件下分解甲醇生成氫氣和CO，平衡時(shí)體積比反應(yīng)前大，即平衡時(shí)丙體積大于甲，則壓強(qiáng)甲大于丙，所以υ_甲＞υ_丙，故D錯(cuò)誤．
故答案為：BC．

點(diǎn)評(píng) 本題考查較為綜合，為高考常見(jiàn)題型，側(cè)重于學(xué)生的分析能力和計(jì)算能力的考查，主要考查學(xué)生對(duì)表格數(shù)據(jù)的分析利用能力和利用勒夏特列原理分析平衡移動(dòng)的思維，題目有一定難度．