Question

2．甲醇是重要的化工原料，又可稱為燃料．工業(yè)上利用合成氣（主要成分為CO、CO₂和H₂）在催化劑的作用下合成甲醇，發(fā)生的主要反應(yīng)如下：
①CO（g）+2H₂（g）═CH₃OH（g）△H
②CO₂（g）+3H₂（g）═CH₃OH（g）+H₂O（g）△H₂=-58kJ•mol^-1
③CO₂（g）+H₂（g）═CO（g）+H₂O（g）△H₃=+41kJ•mol^-1
回答下列問(wèn)題：
（1）已知反應(yīng)①中的相關(guān)的化學(xué)鍵鍵能數(shù)據(jù)如下：

化學(xué)鍵	H═H	C═O	C≡O(shè)	H-O	C-H
F/（kJ•mol-1）	435	343	1076	465	X

則x=413；
（2）若T℃時(shí)將6molCO₂和8molH₂充入2L密閉容器中發(fā)生反應(yīng)②，測(cè)得H₂的物質(zhì)的量隨時(shí)間變化關(guān)系如圖中狀態(tài)I（圖中實(shí)線）所示．圖中數(shù)據(jù)A（1，6）代表在1min時(shí)H₂的物質(zhì)的量是6mol．
①T℃時(shí)狀態(tài)I條件下，0～3min內(nèi)CH₃OH的平均反應(yīng)速率v=0.28mol/（L•min），平衡常數(shù)K=0.5；
②其他條件不變時(shí)，僅改變某一條件后測(cè)得H₂的物質(zhì)的量隨時(shí)間變化如圖中狀態(tài)Ⅱ所示，則改變的條件可能是增大壓強(qiáng)；
③其他條件不變，僅改變溫度時(shí)，測(cè)得H₂的物質(zhì)的量隨時(shí)間變化如圖中狀態(tài)Ⅲ所示，則狀態(tài)Ⅲ對(duì)應(yīng)的溫度＞（填“＞”、“＜”或“=”）T℃；
④若狀態(tài)Ⅱ的平衡常數(shù)為K₂，狀態(tài)Ⅲ的平衡常數(shù)為K₃，則K₂＞（填“＞”、“＜”或“=”）K₃；
⑤一定溫度下同，此反應(yīng)在恒容容器中進(jìn)行，能判斷該反應(yīng)達(dá)到化學(xué)平衡依據(jù)的是ac．
a．容器中壓強(qiáng)不變              b．甲醇和水蒸汽的體積比保持不變
c．v_正（H₂）=3v_逆（CH₃OH）      d．2個(gè)C═O斷裂的同時(shí)有6個(gè)H-H斷裂．

Answer 1

分析 （1）已知：①CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）△H
②CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）△H=-58kJ/mol
③CO₂（g）+H₂（g）?CO（g）+H₂O（g）△H=+41kJ/mol
根據(jù)蓋斯定律，②-③=①，據(jù)此計(jì)算△H，再結(jié)合鍵能計(jì)算x；
（2）①根據(jù)反應(yīng)速率的計(jì)算公式進(jìn)行計(jì)算0～3min內(nèi)CH₃OH的平均反應(yīng)速率；根據(jù)圖象可知，反應(yīng)在8min達(dá)到平衡，此時(shí)氫氣的物質(zhì)的量為2mol，列三段式，計(jì)算化學(xué)平衡常數(shù)K；
②Ⅱ在4min達(dá)到平衡，且平衡時(shí)氫氣的物質(zhì)的量比Ⅰ小，說(shuō)明反應(yīng)速率加快，且平衡正向移動(dòng)，再根據(jù)影響化學(xué)平衡的因素分析可得；
③狀態(tài)Ⅲ反應(yīng)速率快，平衡時(shí)氫氣的物質(zhì)的量較Ⅰ大，說(shuō)明平衡逆向移動(dòng)，故溫度升高了；
④根據(jù)溫度對(duì)化學(xué)平衡的移動(dòng)可得K的大��；
⑤可逆反應(yīng)平衡時(shí)，正逆反應(yīng)速率相等，各組分含量保持不變，據(jù)此分析．

解答 解：（1）已知：①CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）△H
②CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）△H=-58kJ/mol
③CO₂（g）+H₂（g）?CO（g）+H₂O（g）△H=+41kJ/mol
根據(jù)蓋斯定律，②-③=①，則①中的△H=-58kJ/mol-41kJ/mol=-99kJ/mol；
此時(shí)△H=反應(yīng)物的鍵能和-生成物的鍵能和=（1076kJ•mol^-1+435×2kJ•mol^-1）-（xkJ•mol^-1×3+465kJ•mol^-1+343kJ•mol^-1）=-99kJ/mol，解得x=413，
故答案為：413；
（2）①T℃時(shí)狀態(tài)I條件下，3min時(shí)H₂的物質(zhì)的量為3mol；變化5mol，根據(jù)反應(yīng)  CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）可知CH₃OH（g）的變化物質(zhì)的量為$\frac{5}{3}$mol，此時(shí)0～3min內(nèi)CH₃OH的平均反應(yīng)速率v=$\frac{（\frac{\frac{5}{3}mol}{2L}）}{3min}$≈0.28mol/（L•min）；
T℃時(shí)將6molCO₂和8molH₂充入2L密閉容器中發(fā)生反應(yīng)②，根據(jù)圖象可知，反應(yīng)在8min達(dá)到平衡，此時(shí)氫氣的物質(zhì)的量為2mol，列三段式：
                          CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）
起始（mol/L）：3                4                 0                   0
轉(zhuǎn)化（mol/L）：1                3                 1                   1
平衡（mol/L）：2                1                 1                   1
則反應(yīng)②的平衡常數(shù)K=$\frac{1×1}{2×{1}^{3}}$=0.5；
故答案為：0.28mol/（L•min）；0.5；
②從圖象可知：Ⅱ在4min達(dá)到平衡，說(shuō)明反應(yīng)速率加快，可為升高溫度，加催化劑，增大壓強(qiáng)，平衡時(shí)氫氣的物質(zhì)的量比Ⅰ小，說(shuō)明平衡正向移動(dòng)，該反應(yīng)放熱反應(yīng)，升高溫度，平衡逆向移動(dòng)，催化劑不影響平衡，該反應(yīng)是個(gè)氣體體積減小的反應(yīng)，增大壓強(qiáng)，平衡正向移動(dòng)，則應(yīng)該是增大壓強(qiáng)；
故答案為：增大壓強(qiáng)；
③根據(jù)圖象，狀態(tài)Ⅲ達(dá)到平衡呢所用時(shí)間短，反應(yīng)速率較快，平衡時(shí)氫氣的物質(zhì)的量也較大，說(shuō)明反應(yīng)逆向移動(dòng)，故應(yīng)溫度較T℃高；
故答案為：＞；
 ④狀態(tài)Ⅱ增大壓強(qiáng)，溫度不變，仍為T(mén)℃，狀態(tài)Ⅲ溫度比T℃高，該反應(yīng)是正反應(yīng)是放熱反應(yīng)，溫度升高，平衡逆向移動(dòng)，化學(xué)平衡常數(shù)減小，K₂＞K₃；
故答案為：＞；
 ⑤反應(yīng)CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）△H=-58kJ/mol在恒容容器中進(jìn)行，
a．反應(yīng)氣體體積減小，恒容時(shí)，隨著反應(yīng)的進(jìn)行，壓強(qiáng)減小，平衡后，容器中壓強(qiáng)保持不變，故a正確；
b．甲醇和水蒸氣作為生成物，體積比始終未1：1保持不變，故b錯(cuò)誤；
c．v_正（H₂）=3v_正（CH₃OH）=3v_逆（CH₃OH），正逆反應(yīng)速率相等，反應(yīng)平衡，故c正確；       
d．任何時(shí)刻，2個(gè)C=O斷裂的同時(shí)都有6個(gè)H-H斷裂，故d錯(cuò)誤；
故答案為：ac．

點(diǎn)評(píng) 本題考查了蓋斯定律、化學(xué)平衡常數(shù)的計(jì)算，影響化學(xué)平衡的因素以及化學(xué)平衡狀態(tài)的判斷，題目難度不大，重在考查對(duì)基礎(chǔ)知識(shí)的理解掌握．