Question

16．甲醇是一種新型的汽車動(dòng)力燃料，工業(yè)上可通過CO和H2化合來制備甲醇．已知某些化學(xué)鍵的鍵能數(shù)據(jù)如下表：

化學(xué)鍵	C-C	C-H	H-H	C-O	C≡O(shè)	H-O
鍵能/kJ•mol-1	348	413	436	358	1072	463

請(qǐng)回答下列問題：
（1）已知CO中的C與O之間為叁鍵連接，則工業(yè)制備甲醇的熱化學(xué)方程式為CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH （g）△H=-116 kJ•mol^-1；
（2）某化學(xué)研究性學(xué)習(xí)小組模擬工業(yè)合成甲醇的反應(yīng)，在容積固定為2L的密閉容器內(nèi)充入1molCO和 2molH2，加入合適催化劑（體積可以忽略不計(jì)）后在250°C開始反應(yīng)，并用壓力計(jì)監(jiān)測(cè)容器內(nèi)壓強(qiáng)的變化如下：

反應(yīng)時(shí)間/min	0	5	10	15	20	25
壓強(qiáng)/MPa	12.6	10.8	9.5	8.7	8.4	8.4

則從反應(yīng)開始到20min時(shí)，以CO表示的平均反應(yīng)速率=0.0125mol/（L•min），該溫度下平衡常數(shù)K=4（mol/L）^-2，若升高溫度則K值減�。ㄌ睢霸龃蟆薄ⅰ皽p小”或“不變”）；
（3）下列描述中能說明上述反應(yīng)已達(dá)平衡的是BC；
A．2v（H₂）_正=v（CH₃OH）_逆             B．容器內(nèi)氣體的平均摩爾質(zhì)量保持不變
C．容器中氣體的壓強(qiáng)保持不變             D．單位時(shí)間內(nèi)生成 n molCO 的同時(shí)生成 2n molH₂．

Answer 1

分析 （1）依據(jù)化學(xué)反應(yīng)焓變=反應(yīng)物鍵能總和-生成物鍵能總和計(jì)算，標(biāo)注物質(zhì)聚集狀態(tài)和對(duì)應(yīng)反應(yīng)的焓變寫出熱化學(xué)方程式；
（2）通過（1）寫出的熱化學(xué)方程式可知反應(yīng)是氣體體積減小的放熱反應(yīng)，當(dāng)減小到20min時(shí)反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)，依據(jù)反應(yīng)速率概念V=$\frac{△c}{△t}$計(jì)算速率，平衡常數(shù)是利用平衡狀態(tài)下生成物濃度冪次方乘積除以反應(yīng)物濃度的冪次方乘積得到；對(duì)于放熱反應(yīng)，溫度升高，化學(xué)平衡常數(shù)會(huì)減��；
（3）反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)時(shí)，正逆反應(yīng)速率相等，平衡時(shí)各種物質(zhì)的物質(zhì)的量、濃度等不再發(fā)生變化，可由此進(jìn)行判斷．

解答 解：（1）CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH （g），反應(yīng)的焓變可以根據(jù)反應(yīng)物的總鍵能和生成物的總鍵能計(jì)算得到，焓變=反應(yīng)物總鍵能之和-生成物總鍵能之和，依據(jù)圖表提供的化學(xué)鍵的鍵能計(jì)算得到，）△H₁═1072KJ/mol+2×436KJ/mol-（3×413KJ/mol+358KJ/mol+463KJ/mol）=-116 kJ•mol^-1，熱化學(xué)方程式CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH （g）△H=-116 kJ•mol^-1，
故答案為：CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH （g）△H=-116 kJ•mol^-1；
（2）從反應(yīng)開始到20min時(shí)，設(shè)CO的濃度變化量是x，
         CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）
初始濃度：0.5     1        0
變化濃度：x       2x       x
平衡濃度：0.5-x   1-2x      x
根據(jù)反應(yīng)前后壓強(qiáng)之比等于物質(zhì)的量之比，則$\frac{3}{3-4x}$=$\frac{12.6}{8.4}$，解得x=0.25mol/L，
從反應(yīng)開始到20min時(shí)，以CO表示的平均反應(yīng)速率v=$\frac{△c}{△t}$=$\frac{0.25mol/L}{20min}$=0.0125mol/（L•min），
平衡常數(shù)K=$\frac{c（C{H}_{3}OH）}{c（CO）{c}^{2}（{H}_{2}）}$=$\frac{0.25mol/L}{0.25mol/L×（0.5mol/L）^{2}}$=4（mol/L）^-2，
對(duì)于該放熱反應(yīng)，溫度升高，化學(xué)平衡常數(shù)會(huì)減��；
故答案為：0.0125mol/（L•min）；4（mol/L）^-2；減小；
（3）反應(yīng)是氣體體積減小的放熱反應(yīng)，則
A、v（H₂）_正=2v（CH₃OH）_逆才能說明正逆反應(yīng)速率相等，化學(xué)反應(yīng)達(dá)到平衡，故A錯(cuò)誤；
B、容器內(nèi)氣體的平均摩爾質(zhì)量等于總質(zhì)量除以總物質(zhì)的量，質(zhì)量是守恒的保持不變，但是n變化，當(dāng)氣體的平均摩爾質(zhì)量不變了，證明達(dá)到平衡，故B正確；
C、反應(yīng)是前后氣體體積變化的反應(yīng)，容器中氣體的壓強(qiáng)保持不變，證明達(dá)到了平衡，故C正確；
D、單位時(shí)間內(nèi)生成nmolCO的同時(shí)生成2nmolH₂，不能說明正逆反應(yīng)速率相等，不一定平衡，故D錯(cuò)誤．
故選BC．

點(diǎn)評(píng) 本題涉及化學(xué)反應(yīng)的焓變和化學(xué)鍵鍵能之間的關(guān)系、化學(xué)反應(yīng)速率和平衡、等效平衡以及化學(xué)平衡的有關(guān)計(jì)算知識(shí)，綜合性強(qiáng)，難度中等．