Question

12．節(jié)能減排已經(jīng)成為全社會(huì)的共識(shí)，浙江省在原先推行乙醇汽油的基礎(chǔ)上，開(kāi)始試點(diǎn)甲醇汽油（即在汽油中添加一定量的甲醇），根據(jù)檢測(cè)的數(shù)據(jù)分析認(rèn)為，若寧波全市的140余萬(wàn)輛機(jī)動(dòng)車(chē)全部使用甲醇汽油，一年內(nèi)能減少有害氣體（一氧化碳）排放將近100萬(wàn)噸．甲醇常利用煤氣化過(guò)程中生成的CO和H₂來(lái)制備：
CO+2H₂?CH₃OH．請(qǐng)根據(jù)圖示回答下列：

（1）關(guān)于該反應(yīng)的下列說(shuō)法中，正確的是C（填字母）：
A．△H＞0，△S＞0                 B．△H＞0，△S＜0
C．△H＜0，△S＜0                 D．△H＜0，△S＞0
（2）現(xiàn)進(jìn)行如下實(shí)驗(yàn)，在體積為1L的密閉容器中，充入1molCO和3molH₂，凈測(cè)得CO和CH₃OH（g）的濃度隨時(shí)間變化如（圖1）所示．從反應(yīng)開(kāi)始到平衡，CO的平均反應(yīng)速率v
（CO）=0.075，該反應(yīng)的平衡常數(shù)K=$\frac{4}{3}$．
（3）恒容條件下，達(dá)到平衡后，下列措施中能使n（CH₃OH）/n（CO）增大的有C．
A．升高溫度     B．充入He氣    C．再?zèng)_入1molCO和3molH₂  D．使用催化劑
（4）若在一體積可變的密閉容器中充入1molCO、2molH₂和1molCH₃OH，達(dá)到平衡時(shí)測(cè)的混合氣體的密度是同溫同壓下起始的1.6倍（此過(guò)程三種物質(zhì)均處于氣態(tài)），則平衡時(shí)混合氣體的平均摩爾質(zhì)量=25.6 g/mol．
（5）根據(jù)（圖2），寫(xiě)出此反應(yīng)的熱化學(xué)方程式CO（g）+2H₂（g）=CH₃OH（g）△H=-91 kJ/mol．

Answer 1

分析 （1）該反應(yīng)為氣體體積減小的反應(yīng)，所以該反應(yīng)△S＜0，△H-T△S＜0反應(yīng)自發(fā)進(jìn)行；
（2）由圖可知，10min到達(dá)平衡，平衡時(shí)CO濃度為0.25mol/L，則△c（CO）=（1.00-0.25）mol/L=0.75mol/L，則平衡時(shí)c（CH₃OH）=△c（CO）=0.75mol/L，平衡時(shí)c（H₂）=3mol/L-2△c（CO）=1.5mol/L，
根據(jù)v=$\frac{△c}{△t}$計(jì)算v（CO），平衡常數(shù)K=$\frac{c（C{H}_{2}OH）}{c（CO）×{c}^{2}（{H}_{2}）}$；
（3）使平衡體系中$\frac{n（C{H}_{3}OH）}{n（CO）}$增大，可以使平衡正向移動(dòng)，注意不能增大CO或降低甲醇的量，也可能增大甲醇的量，使平衡逆向移動(dòng)；
（4）同溫同壓下，氣體的密度之比等于摩爾質(zhì)量之比；
（5）根據(jù)反應(yīng)物與生成物的總能量來(lái)分析吸熱還是放熱，并書(shū)寫(xiě)熱化學(xué)反應(yīng)方程式．

解答 解：（1）該反應(yīng)為氣體體積減小的反應(yīng)，所以該反應(yīng)△S＜0，△H-T△S＜0反應(yīng)自發(fā)進(jìn)行，所以△H＜0，故選：C；
（2）由圖可知，10min到達(dá)平衡，平衡時(shí)CO濃度為0.25mol/L，則△c（CO）=（1.00-0.25）mol/L=0.75mol/L，則平衡時(shí)c（CH₃OH）=△c（CO）=0.75mol/L，平衡時(shí)c（H₂）=3mol/L-2△c（CO）=1.5mol/L，則：v（CO）=$\frac{0.75mol/L}{10min}$=0.075mol/（L．min），平衡常數(shù)K=$\frac{c（C{H}_{2}OH）}{c（CO）×{c}^{2}（{H}_{2}）}$=$\frac{0.75}{0.25×1．{5}^{2}}$=$\frac{4}{3}$，
故答案為：0.075；$\frac{4}{3}$；
（3）A．正反應(yīng)為放熱反應(yīng)，升高溫度平衡逆向移動(dòng)，$\frac{n（C{H}_{3}OH）}{n（CO）}$減小，故A錯(cuò)誤；
B．充入He氣體，恒溫恒容下，各物質(zhì)濃度不變，平衡不移動(dòng)，則$\frac{n（C{H}_{3}OH）}{n（CO）}$不變，故B錯(cuò)誤；
C．再?zèng)_入1molCO和3molH₂，等效為增大壓強(qiáng)，平衡正向移動(dòng)，$\frac{n（C{H}_{3}OH）}{n（CO）}$增大，故C正確；
D．使用催化劑可以加快反應(yīng)速率，不影響平衡移動(dòng)，$\frac{n（C{H}_{3}OH）}{n（CO）}$不變，故D錯(cuò)誤，
故選：C；
（4）開(kāi)始通入1molCO、2molH₂和1molCH₃OH，平均摩爾質(zhì)量=$\frac{1×28+2×2+1×32}{1+2+1}$g/mol=16g/mol，同溫同壓下，氣體的密度之比等于摩爾質(zhì)量之比，故平衡時(shí)混合氣體的平均摩爾質(zhì)量=1.6×16g/mol=25.6g/mol，
故答案為：25.6；
（5）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．

點(diǎn)評(píng) 本題考查化學(xué)平衡計(jì)算與影響因素、平衡常數(shù)、反應(yīng)速率計(jì)算等，題目難度中等，（3）中注意學(xué)生容易只考慮正向移動(dòng)，忽略增大甲醇逆向移動(dòng)情況．