Question

我國《車用燃料甲醇國家標(biāo)準(zhǔn)》的實施拉開了車用燃料低碳革命的大幕，一些省市正在陸續(xù)試點與推廣使用甲醇汽油．甲醇可通過將煤的氣化過程中生成的CO和H₂在一定條件下發(fā)生如下反應(yīng)制得：CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）．
圖I、圖Ⅱ是關(guān)于該反應(yīng)進(jìn)行情況的圖示．

請根據(jù)圖示回答下列問題：
（1）圖I是反應(yīng)時CO和CH₃OH的濃度隨時間的變化情況，從反應(yīng)開始到平衡，用CO濃度變化表示平均反應(yīng)速率v（CO）=

 

．
（2）圖Ⅱ表示該反應(yīng)進(jìn)行過程中能量的變化，曲線a表示不使用催化劑時反應(yīng)的能量變化，在圖Ⅱ中畫出使用催化劑后的能量變化曲線b．
（3）寫出該反應(yīng)的熱化學(xué)方程式．
（4）該反應(yīng)的平衡常數(shù)K的表達(dá)式為

 

；當(dāng)溫度升高時，該平衡常數(shù)K將

 

（填“增大”、“減小”或“不變”）．
（5）恒容條件下，下列措施中能

n(CHOH)

n(CO)

增大的有

 

．
A．升高溫度                              B．充入He氣
C．再充入1molCO和2molH₂               D．使用催化劑
（6）在恒溫條件下，保持CO濃度不變，擴(kuò)大容器體積，則平衡

 

（填“逆向移動”、“正向移動”、“不移動”）
（7）在溫度、容積相同的三個密閉容器中，按不同方式投料，保持恒溫、恒容，測得反應(yīng)達(dá)到平衡時的有關(guān)數(shù)據(jù)如下

容器	甲	乙	丙
投料量	1mol CO、2mol H2	1molCH3OH	2molCH3OH
CH3OH的濃度（mol?L-1）	c1	c2	c3
反應(yīng)的能量變化	放出Q1 kJ	吸收Q2 kJ	吸收Q3 kJ
體系壓強(qiáng)（Pa）	P1	P2	P3
反應(yīng)物轉(zhuǎn)化率	α1	α2	α3

則下列關(guān)系正確的是

 

A．c₁=c₂           B．Q₃=2Q₂        C．2P₁＜P₃
D．α₁+α₂=1         E．2α₂=α₃
F．該反應(yīng)若生成1molCH₃OH放出的熱量為（Q₁+Q₂）kJ
（8）若在一體積可變的密閉容器中充入1mol CO、2mol H₂和1molCH₃OH，達(dá)到平衡時測得混合氣體的密度是同溫同壓下起始的1.6倍，則該反應(yīng)向

 

（填“正”、“逆”）反應(yīng)方向移動，理由是

 

．

Answer 1

考點：物質(zhì)的量或濃度隨時間的變化曲線,反應(yīng)熱和焓變,化學(xué)平衡的影響因素,等效平衡

專題：基本概念與基本理論

分析：（1）根據(jù)圖I時，反應(yīng)中CO濃度的變化，結(jié)合速率公式計算；
（2）根據(jù)催化劑對活化能的影響分析；
（3）根據(jù)反應(yīng)物與生成物的總能量來分析吸熱還是放熱，并書寫熱化學(xué)反應(yīng)方程式；
（4）根據(jù)反應(yīng)方程式結(jié)合平衡常數(shù)的含義書寫；根據(jù)溫度對平衡的影響分析K的變化；
（5）恒容條件下，下列措施中能使

n(CH3OH)

n(CO)

增大，則平衡正移，據(jù)此分析；
（6）該反應(yīng)是氣體體積減小的反應(yīng)，擴(kuò)大容器體積，平衡向體積增大的方向移動，也就是平衡逆向移動，據(jù)此判斷；
（7）從等效平衡和平衡移動的角度分析；
（8）同溫同壓下，混合氣體的密度與摩爾質(zhì)量成正比，如果平衡不移動，密度應(yīng)相等，據(jù)此分析．

解答： 解：（1）由圖I可知，反應(yīng)中CO濃度的變化為：1.00-0.25=0.75mol?L^-1，則c（CO）=

△c

t

=

0.75mol/L

10min

=0.075mol/（L?min），故答案為：0.075mol/（L?min）；
（2）圖Ⅱ表示該反應(yīng)進(jìn)行過程中能量的變化，曲線a表示不使用催化劑時反應(yīng)的能量變化，使用催化劑后反應(yīng)的活化能降低，則能量變化曲線b如圖：，故答案為：；
（3）反應(yīng)物的總能量為419kJ，生成物的總能量為510kJ，則該反應(yīng)為放熱反應(yīng)，放出的熱量為419kJ-510kJ=91kJ，熱化學(xué)方程式為CO（g）+2H₂（g）=CH₃OH（g）△H=-91 kJ/mol，
故答案為：CO（g）+2H₂（g）=CH₃OH（g）△H=-91 kJ/mol；
（4）已知CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）；則K=

c(CH3OH)

c(CO)c2(H2)

；已知該反應(yīng)的正方向為放熱反應(yīng)，升高溫度平衡逆移，所以K減��；
故答案為：

c(CH3OH)

c(CO)c2(H2)

；減��；
（5）恒容條件下，下列措施中能使

n(CH3OH)

n(CO)

增大，則平衡正移；
A．已知該反應(yīng)的正方向為放熱反應(yīng)，升高溫度，平衡逆移，故A錯誤；
B．充入He氣，容器的體積不變，各反應(yīng)物的濃度不變，平衡不移動，故B錯誤；
C．再充入1molCO和2molH₂，與原來加入了的量等比例，平衡時比原來的平衡的壓強(qiáng)增大，平衡正移，故C正確；
D．使用催化劑，同等程度的改變正逆反應(yīng)速率，平衡不移動，故D錯誤；
故答案為：C；
（6）該反應(yīng)是氣體體積減小的反應(yīng)，擴(kuò)大容器體積，平衡向體積增大的方向移動，也就是平衡逆向移動，故答案為：逆向移動；
（7）A、甲乙為等效平衡，則有c₁=c₂，故A正確；
B、丙的起始量為乙的2倍，而該反應(yīng)為體積減小的反應(yīng)，所以達(dá)到平衡時丙參加反應(yīng)的CH₃OH的物質(zhì)的量小于乙的2倍，所以吸收的熱量也小于乙的2倍，故有Q₃＜2Q₂，故B錯誤；
C、甲乙為等效平衡，丙的起始量為乙的2倍，而該反應(yīng)為體積減小的反應(yīng)，所以達(dá)到平衡時丙參加反應(yīng)的CH₃OH的物質(zhì)的量小于乙的2倍，所以2P₁＞P₃，故C錯誤；
D、甲乙為等效平衡，但它們起始的方向正好相反，所以有α₁+α₂=1，故D正確；
E、甲、乙處于相同的平衡狀態(tài)，則α₁+α₂=1，丙的起始量為乙的2倍，而該反應(yīng)為體積減小的反應(yīng)，所以達(dá)到平衡時丙參加反應(yīng)的CH₃OH的物質(zhì)的量小于乙的2倍，所以α₂＞α₃，故E錯誤；
F、甲乙為等效平衡，但它們起始的方向正好相反，所以有α₁+α₂=1，則反應(yīng)CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）中生成1mol CH₃OH放出的熱量為（Q₁+Q₂）kJ，故F正確；
故選ADF；
（8）同溫同壓下，混合氣體的密度與摩爾質(zhì)量成正比，如果平衡不移動，密度應(yīng)相等，現(xiàn)在密度是原來的1.6倍，所以平衡向氣體計量數(shù)減小的方向移動；
故答案為：正；該反應(yīng)前后氣體總質(zhì)量不變，同溫同壓下達(dá)平衡時氣體密度增大，即氣體體積縮小，反應(yīng)正向進(jìn)行．

點評：本題為綜合性習(xí)題，考查影響化學(xué)平衡的因素、熱化學(xué)反應(yīng)、化學(xué)平衡常數(shù)、反應(yīng)速率的計算，圖象的分析和利用等知識點，注重對高考熱點知識的考查，是較好的習(xí)題，注意理解等效平衡問題，難度中等．