Question

13．能源問題日益成為制約國際社會經(jīng)濟發(fā)展的瓶頸．甲醇是一種可再生能源，具有廣泛的開發(fā)和應用前景，因此甲醇被稱為2l世紀的新型燃料．工業(yè)上用CO生產(chǎn)燃料甲醇，一定條件下發(fā)生反應：CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）．圖1表示反應中能量的變化；圖2表示一定溫度下，在體積為2L的密閉容器中加入4mol H₂和一定量的CO后，CO和CH₃OH（g）的濃度隨時間變化圖．

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；該反應屬于放熱（填“吸熱”或“放熱”）反應．
（2）根據(jù)“圖2”判斷，下列說法不正確的是AB．
A．起始充入的CO為1mol           B．增加CO濃度，CO的轉(zhuǎn)化率增大
C．容器中壓強恒定時，反應已達平衡狀態(tài)
D．保持溫度和密閉容器容積不變，再充入1molCO和2molH₂，再次達到平衡時$\frac{n（C{H}_{3}OH）}{n（CO）}$會增大
（3）從反應開始到建立平衡，v（H₂）=0.15mol/（L•min）；該溫度下CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）的化學平衡常數(shù)為12．若保持其他條件不變，向平衡體系中再充入0.5mol CO、lmolH₂、1.5molCH₃OH，此反應進行的方向為正反應方向（填“正反應方向”或“逆反應方向）”．
（4）請在“圖3”中畫出平衡時甲醇蒸氣百分含量（縱坐標）隨溫度（橫坐標）變化的曲線，要求畫壓強不同的2條曲線（在曲線上標出p₁、p₂，且p₁＞p₂）．
（5）科學家常用量熱劑來直接測定某一反應的反應熱，現(xiàn)測得：CH₃OH（g）+$\frac{3}{2}$O₂
（g）=CO₂（g）+2H₂O（g）△H=-192.9kJ/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=-280.9kJ/mol．

Answer 1

分析 （1）根據(jù)圖中反應的活化能的大小來分析是否使用催化劑，利用反應前后的總能量來分析反應的能量變化；
（2）CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）．
A．根據(jù)n=cV計算；
B．增加CO濃度，H₂的轉(zhuǎn)化率增大；
C．反應前后壓強不變，說明氣體的物質(zhì)的量不變；
D．增大壓強平衡正向移動；
（3）根據(jù)CO的濃度變化求出氫氣的濃度變化，再根據(jù)v=$\frac{△c}{t}$；利用各物質(zhì)平衡的濃度來計算化學平衡常數(shù)；若保持0.5其他條件不變，向平衡體系中再充入0.5mol CO、lmolH₂、1.5molCH₃OH，根據(jù)Qc與k的相對大小判斷；
（4）根據(jù)溫度和壓強對該反應的影響來分析；
（5）32g的CH₃OH的物質(zhì)的量為1mol，結(jié)合蓋斯定律計算．

解答 解：（1）加入催化劑，可降低反應的活化能，由圖象可知b活化能較低，應加入催化劑；反應物的總能量大于生成物的總能量，所以該反應屬于放熱反應；
故答案為：b；放熱；
（2）CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）．
A．體積為2L，起始時CO的濃度為1mol/L，則n=cV=2mol，即起始充入的CO為2mol，故A錯誤；
B．增加CO濃度，H₂的轉(zhuǎn)化率增大，CO的轉(zhuǎn)化率會減小，故B錯誤；
C．該反應前后計量數(shù)不相同，反應前后壓強不變，說明氣體的物質(zhì)的量不變，所以反應已達平衡狀態(tài)，故C正確；
D．該反應為氣體物質(zhì)的量減小的反應，增大壓強平衡正向移動，則甲醇的物質(zhì)的量增大，CO的物質(zhì)的量減小，所以平衡時$\frac{n（C{H}_{3}OH）}{n（CO）}$會增大；
故答案為：AB；
（3）從反應開始到建立平衡，平衡時：c（CO）=0.25mol/L，c（CH₃OH）=0.75mol/L，則消耗n（CO）=0.75mol/L×2L=1.5mol，消耗的n（H₂）=3mol，
平衡時c（H₂）=$\frac{4mol-3mol}{2L}$=0.5mol/L，v（H₂）=$\frac{\frac{3mol}{2L}}{10min}$=0.15mol/（L•min）；
k=$\frac{0.75}{0.25×0．{5}^{2}}$=12；
若保持其他條件不變，向平衡體系中再充入0.5mol CO、lmolH₂、1.5molCH₃OH，此時容器中各物質(zhì)的濃度為c（CO）=0.5mol/L，c（CH₃OH）=1.5mol/L，c（H₂）=1mol/L，Qc=$\frac{1.5}{0.5×{1}^{2}}$=3＜k，反應未達到平衡狀態(tài)，所以反應向正反應方向進行；
故答案為：0.15mol/（L•min）；12；正反應方向；
（4）增大壓強，平衡向正反應方向移動，則甲醇的百分含量增大，溫度升高，平衡向逆反應方向移動，甲醇的百分含量降低，則圖象可為，
故答案為：；
（5）①CH₃OH（g）+$\frac{3}{2}$O₂=CO₂（g）+2H₂O（g）△H=-192.9KJ/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
△H=（-192.9kJ/mol）-44KJ/mol×2=-280.9kJ/mol，
故答案為：CH₃OH（g）+$\frac{3}{2}$O₂（g）=CO₂（g）+2H₂O（l）△H=-280.9kJ/mol．

點評 本題考查了熱化學方程式書寫方法與蓋斯定律的計算、化學平衡的影響因素分析判斷、平衡常數(shù)計算應用等，題目涉及的知識點較多，掌握基礎是解題關鍵，題目難度中等，側(cè)重于考查學生的分析能力和計算能力．