Question

19．開發(fā)、使用清潔能源發(fā)展“低碳經(jīng)濟(jì)”，正成為科學(xué)家研究的主要課題．氫氣、甲醇是優(yōu)質(zhì)的清潔燃料
Ⅰ、已知：①2CH₃OH（1）+3O₂（g）=2CO₂（g）+4H₂O（g）△H₁=-1275.6kJ/mol
②2CO（g）+O₂（g）=2CO₂（g）△H₂=-566.0kJ/mol
③H₂O（g）=H₂O（1）△H₃=-44.0kJ/mol
寫出甲醇不完全燃燒生成一氧化碳和液態(tài)水的熱化學(xué)方程式：CH₃OH（1）+O₂（g）=CO（g）+2H₂O（1）△H=-442.8kJ•mol^-1．
Ⅱ、工業(yè)上采用下列反應(yīng)合成甲醇：CO（g）+2H₂（g）═CH₃OH（g）△H=Q kJ/mol
（1）下列一定能說明該可逆反應(yīng)達(dá)到化學(xué)平衡狀態(tài)的是（填字母序號(hào)）CD．
A．生成CH₃OH的速率與消耗CO的速率相等     B．混合氣體的密度不變
C．CH₃OH、CO、H₂的濃度都不再發(fā)生變化      D．混合氣體的平均相對(duì)分子質(zhì)量不變
（2）如表所列數(shù)據(jù)是該可逆反應(yīng)在不同溫度下的化學(xué)平衡常數(shù)（K）．

溫度	250℃	300℃	350℃
K	2.041	0.270	0.012

①由表中數(shù)據(jù)判斷Q＜0（填“＞”、“＜”或“=”）．
②某溫度下，將2molCO和6molH₂充入2L的密閉容器中，充分反應(yīng)后，達(dá)到平衡測(cè)得c（CO）=0.2mol/L，此時(shí)對(duì)應(yīng)的溫度為250℃℃；CO的轉(zhuǎn)化率為80%；
（3）一定溫度下，將1mol CO和3molH₂分別充入容積均為1L的甲（恒壓）、乙（恒容）密閉容器中．若經(jīng)過60s乙容器中反應(yīng)達(dá)到平衡，則甲容器中達(dá)到平衡時(shí)所需的時(shí)間＜60s（填“＞”、“＜”或“=”）．
（4）要提高CO的轉(zhuǎn)化率并且提高反應(yīng)速率，可采取的措施是D（填字母）．
A．升溫        B．加入催化劑       C．增加CO的濃度
D．體積不變通入H₂     E．體積不變通入惰性氣體   F．分離出甲醇．

Answer 1

分析 Ⅰ、已知：①2CH₃OH（1）+3O₂（g）=2CO₂（g）+4H₂O（g）△H₁=-1275.6kJ/mol
②2CO（g）+O₂（g）=2CO₂（g）△H₂=-566.0kJ/mol
③H₂O（g）=H₂O（1）△H₃=-44.0kJ/mol
根據(jù)蓋斯定律，①×$\frac{1}{2}$-②×$\frac{1}{2}$+③×2得：CH₃OH（1）+O₂（g）=CO（g）+2H₂O（1），據(jù)此書寫目標(biāo)熱化學(xué)方程式；
Ⅱ、（1）A、CH₃OH的生成速率與CO的消耗速率都表示正反應(yīng)速率；
B、反應(yīng)中各物質(zhì)都為氣體，容器的體積不變，混合氣體的總質(zhì)量不變，密度自始至終為定值；
C、可逆反應(yīng)得到平衡，反應(yīng)混合物的濃度、含量為定值；
D、混合氣體的總質(zhì)量不變，隨反應(yīng)進(jìn)行，混合氣體的總的物質(zhì)的量減小，即平均相對(duì)分子質(zhì)量增大，最后為定值；
（2）①由表中數(shù)據(jù)可知，溫度越高，平衡常數(shù)越小，說明升高溫度平衡向逆反應(yīng)移動(dòng)，升高溫度平衡向吸熱反應(yīng)移動(dòng)；
②計(jì)算平衡時(shí)CO的物質(zhì)的量，n_開始（CO）-n_平衡（CO）=n_{轉(zhuǎn)化}（CO），利用轉(zhuǎn)化率定義計(jì)算CO的轉(zhuǎn)化率；
計(jì)算該溫度下的平衡常數(shù)，對(duì)比表中數(shù)據(jù)判斷溫度；
（3）該反應(yīng)為氣體體積減小的反應(yīng)，將1mol CO和3molH₂分別充入容積均為1L的甲（恒壓）、乙（恒容）密閉容器中，反應(yīng)過程中甲的壓強(qiáng)大于乙，根據(jù)壓強(qiáng)對(duì)反應(yīng)速率的影響答題；
（4）要提高CO的轉(zhuǎn)化率，平衡應(yīng)向正反應(yīng)移動(dòng)，據(jù)此結(jié)合選項(xiàng)分析判斷，注意若只增大CO濃度，平衡向正反應(yīng)移動(dòng)，CO的轉(zhuǎn)化率降低；

解答 解：Ⅰ、已知：①2CH₃OH（1）+3O₂（g）=2CO₂（g）+4H₂O（g）△H₁=-1275.6kJ/mol
②2CO（g）+O₂（g）=2CO₂（g）△H₂=-566.0kJ/mol
③H₂O（g）=H₂O（1）△H₃=-44.0kJ/mol
根據(jù)蓋斯定律，①×$\frac{1}{2}$-②×$\frac{1}{2}$+③×2得：CH₃OH（1）+O₂（g）=CO（g）+2H₂O（1）△H=-442.8 kJ•mol^-1，
故答案為：CH₃OH（1）+O₂（g）=CO（g）+2H₂O（1）△H=-442.8 kJ•mol^-1；
Ⅱ、（1）A、CH₃OH的生成速率與CO的消耗速率都表示正反應(yīng)速率，自始至終反應(yīng)速率都按1：1進(jìn)行，不能說明到達(dá)平衡，故A錯(cuò)誤；
B、都為氣體，容器的體積不變，混合氣體的總質(zhì)量不變，密度自始至終為定值，不能說明可逆反應(yīng)到達(dá)平衡，故B錯(cuò)誤；
C、CH₃OH、CO、H₂的濃度都不再發(fā)生變化，說明可逆反應(yīng)到達(dá)平衡狀態(tài)，故C正確；
D、混合氣體的總質(zhì)量不變，隨反應(yīng)進(jìn)行，混合氣體的總的物質(zhì)的量減小，即平均相對(duì)分子質(zhì)量減小，最后為定值，說明可逆反應(yīng)到達(dá)平衡狀態(tài)，故D正確．
故選：CD；
（2）①由表中數(shù)據(jù)可知，溫度越高，平衡常數(shù)越小，說明升高溫度平衡向逆反應(yīng)移動(dòng)，升高溫度平衡向吸熱反應(yīng)移動(dòng)，故正反應(yīng)為放熱反應(yīng)，即△H＜0，
故答案為：＜；
②某溫度下，將2mol CO和6mol H₂充入2L的密閉容器中，充分反應(yīng)10min后，達(dá)到平衡時(shí)測(cè)得c（CO）=0.2mol/L，
平衡時(shí)CO的物質(zhì)的量為0.2mol/L×2L=0.4mol，所以CO的轉(zhuǎn)化率為$\frac{2mol-0.4mol}{2mol}$×100%=80%；
對(duì)于可逆反應(yīng)：CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）
開始（mol/L）：1        3         0
變化（mol/L）：0.8       1.6        0.8      
平衡（mol/L）：0.2       1.4       0.8
所以該溫度下平衡常數(shù)k=$\frac{0.8}{0.2×1．{4}^{2}}$=2.041，平衡常數(shù)只受溫度影響，故該溫度為250℃．
故答案為：250℃；80%；
（3）該反應(yīng)為氣體體積減小的反應(yīng)，將1mol CO和3molH₂分別充入容積均為1L的甲（恒壓）、乙（恒容）密閉容器中，反應(yīng)過程中甲的壓強(qiáng)大于乙，根據(jù)壓強(qiáng)對(duì)反應(yīng)速率的影響可知，甲達(dá)到平衡所需要時(shí)間小于乙，即甲容器中達(dá)到平衡時(shí)所需的時(shí)間＜60s，
故答案為：＜；
（4）A．升高溫度，平衡向逆反應(yīng)移動(dòng)，平衡時(shí)CO的轉(zhuǎn)化率減小，故A錯(cuò)誤；
 B．加入催化劑，縮短到達(dá)平衡時(shí)間，平衡不移動(dòng)，CO轉(zhuǎn)化率不變，故B錯(cuò)誤；
C．增加CO的濃度，平衡向正反應(yīng)移動(dòng)，平衡時(shí)CO的轉(zhuǎn)化率減小，故C錯(cuò)誤；
D．加入H₂加壓，平衡向正反應(yīng)移動(dòng)，平衡時(shí)CO的轉(zhuǎn)化率增大，并且提高反應(yīng)速率，故D正確；
E．加入惰性氣體加壓，反應(yīng)混合物的濃度不變，變化不移動(dòng)，故E錯(cuò)誤；
F．分離出甲醇，平衡向正反應(yīng)移動(dòng)，平衡時(shí)CO的轉(zhuǎn)化率增大，但反應(yīng)速率減小，故F錯(cuò)誤．
故選：D．

點(diǎn)評(píng) 本題考查平衡狀態(tài)判斷、平衡移動(dòng)、平衡常數(shù)、熱化學(xué)方程式等，是化學(xué)反應(yīng)速率與化學(xué)平衡的綜合題目，難度不大，注重基礎(chǔ)知識(shí)的考查．