Question

11．甲醇是重要的化工原料，又可稱為燃料．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)生的主反應(yīng)如下：
①CO（g）+2H₂（g）═CH₃OH（g）△H
②CO₂（g）+3H₂（g）═CH₃OH（g）+H₂O（g）△H=-58kJ•mol^-1
③CO₂（g）+H₂（g）═CO（g）+H₂O（g）△H=+41kJ•mol^-1
回答下列問題：
（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$\frac{\underline{\;←\;}}{\;}$O	H-O	C-H
E/（kJ•mol-1）	436	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)間的變化如圖1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）（保留兩位有效數(shù)字），
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)．
③一定溫度下，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)平衡狀態(tài)依據(jù)的是abc
a．容器中壓強(qiáng)不變
b．CO₂和水蒸氣的體積比保持不變
c．v正（H₂）=3v逆（CH₃OH ）
d．氣體的密度不再隨時(shí)間的改變而變化
④CO與H₂在密閉容器中發(fā)生反應(yīng)①，按照相同的物質(zhì)的量投料，測(cè)得CO在不同溫度下的平衡轉(zhuǎn)化率與壓強(qiáng)的關(guān)系如圖2所示．下列說法正確的是A
A．溫度：T₁＜T₂＜T₃
B．正反應(yīng)速率：v（a）＞v（c）；v（b）＞v（d）
C．平衡常數(shù)：K（a）＞K（c）；K（b）＞K（d）
D．平均摩爾質(zhì)量：M（a）＜M（c）；M（b）＞M（d）
⑤800K向下列起始體積相同的密閉容器中充入1molCO、2molH₂發(fā)生反應(yīng)①，如圖3所示甲容器在反應(yīng)過程中保持壓強(qiáng)不變，乙容器保持體積不變達(dá)到平衡時(shí)H₂的濃度c （H₂）甲＞c（H₂）乙．

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；由圖可知，T℃時(shí)平衡時(shí)氫氣的物質(zhì)的量為2mol，參加反應(yīng)的氫氣的物質(zhì)的量為8mol-2mol=6mol，氫氣的濃度變化量為=$\frac{6mol}{2L}$=3mol/L，據(jù)此結(jié)合三段式計(jì)算平衡時(shí)各組分的平衡濃度，代入平衡常數(shù)表達(dá)式計(jì)算；
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；
④A．該反應(yīng)為放熱反應(yīng)，溫度越低，CO的轉(zhuǎn)化率越大；
B．由圖可知，a、c兩點(diǎn)壓強(qiáng)相同，平衡時(shí)a點(diǎn)CO轉(zhuǎn)化率更高，該反應(yīng)為放熱反應(yīng)，溫度越低，CO的轉(zhuǎn)化率越大，故溫度T₁＜T₃，溫度越高，反應(yīng)速率越快；b、d兩點(diǎn)壓強(qiáng)相同，溫度越高，反應(yīng)速率越大；
C．由圖可知，a、c兩點(diǎn)壓強(qiáng)相同，平衡時(shí)a點(diǎn)CO轉(zhuǎn)化率更高，該反應(yīng)為放熱反應(yīng)，故溫度T₁＜T₃，降低溫度平衡向正反應(yīng)方向移動(dòng)，K值增大．平衡常數(shù)只與溫度有關(guān)，b、d兩點(diǎn)溫度相同，平衡常數(shù)相同；
D．CO轉(zhuǎn)化率的越大，n_總越小，由M=$\frac{m}{n}$，判斷；
⑤甲為恒溫恒壓容器，乙為恒溫恒容容器，800K向下列起始體積相同的密閉容器中充入1molCO、2molH₂發(fā)生反應(yīng)①，CO（g）+2H₂（g）═CH₃OH（g），隨反應(yīng)進(jìn)行甲中氣體物質(zhì)的量減小，壓強(qiáng)減小，乙中隨氣體壓強(qiáng)減小體積縮小，過程中壓強(qiáng)大于甲，相對(duì)于甲可以是平衡正向進(jìn)行最后達(dá)到平衡狀態(tài)．

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）；
由圖可知，T℃時(shí)平衡時(shí)氫氣的物質(zhì)的量為2mol，參加反應(yīng)的氫氣的物質(zhì)的量為8mol-2mol=6mol，氫氣的濃度變化量為$\frac{6mol}{2L}$=3mol/L，則：
                      CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）
開始（mol/L）：3             4                0                   0   
變化（mol/L）：1             3                 1                  1
平衡（mol/L）：2             1                 1                  1
故該溫度下平衡常數(shù)k=$\frac{1×1}{2×{1}^{3}}$=0.5，
故答案為：0.28 mol/（L•min）；0.5；
②從圖象可知：Ⅱ在4min達(dá)到平衡，說明反應(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．二氧化碳和水蒸氣體積比保持不變，說明在內(nèi)反應(yīng)速率相同，反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)，故b正確；
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．氣體質(zhì)量和容器體積保持不變，任何時(shí)刻，氣體的密度不再隨時(shí)間的改變而變化，故d錯(cuò)誤；
故答案為：abc；
④A．該反應(yīng)為放熱反應(yīng)，溫度越低，CO的轉(zhuǎn)化率越大，則T₁＜T₂＜T₃，故A正確；
B．由圖可知，a、c兩點(diǎn)壓強(qiáng)相同，平衡時(shí)a點(diǎn)CO轉(zhuǎn)化率更高，該反應(yīng)為放熱反應(yīng)，溫度越低，CO的轉(zhuǎn)化率越大，故溫度T₁＜T₃，溫度越高，反應(yīng)速率越快，故υ（a）＜υ（c）．b、d兩點(diǎn)溫度相同，壓強(qiáng)越大，反應(yīng)速率越大，b點(diǎn)大于d點(diǎn)壓強(qiáng)，則v（b）＞v（d），故B錯(cuò)誤；
C．由圖可知，a、c兩點(diǎn)壓強(qiáng)相同，平衡時(shí)a點(diǎn)CO轉(zhuǎn)化率更高，該反應(yīng)為放熱反應(yīng)，故溫度T₁＜T₃，降低溫度平衡向正反應(yīng)方向移動(dòng)，則K（a）＞K（c），平衡常數(shù)只與溫度有關(guān)，b、d兩點(diǎn)溫度相同，平衡常數(shù)相同，則K（b）=K（d），故C錯(cuò)誤；$\frac{m}{n}$
D．CO轉(zhuǎn)化率的越大，n_總越小，由M=，可知，a點(diǎn)n_總小，則M（a）＞M（c），M（b）＞M（d），故D錯(cuò)誤；
故答案為：A；
⑤甲為恒溫恒壓容器，乙為恒溫恒容容器，800K向下列起始體積相同的密閉容器中充入1molCO、2molH₂發(fā)生反應(yīng)①，CO（g）+2H₂（g）═CH₃OH（g），隨反應(yīng)進(jìn)行甲中氣體物質(zhì)的量減小，壓強(qiáng)減小，乙中隨氣體壓強(qiáng)減小體積縮小，過程中壓強(qiáng)大于甲，相對(duì)于甲可以是平衡正向進(jìn)行最后達(dá)到平衡狀態(tài)，平衡時(shí)H₂的濃度c （H₂）甲＞c（H₂）乙．
故答案為：＞．

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，題目難度中等，重在考查對(duì)基礎(chǔ)知識(shí)的理解掌握．