Question

（14分）能源短缺是人類面臨的重大問題。甲醇是一種可再生能源，具有廣泛的開發(fā)和應(yīng)用前景，因此甲醇被稱為21世紀(jì)的新型燃料。工業(yè)上用CO生產(chǎn)燃料甲醇，一定條件下發(fā)生反應(yīng)：CO(g)+2H₂(g) CH₃OH(g)。圖1表示反應(yīng)中能量的變化；圖2表示一定溫度下，在體積為2L的密閉容器中加入4mol H₂和一定量的CO后，CO和CH₃OH(g)的濃度隨時(shí)間變化圖。

請(qǐng)回答下列問題：

（1）在“圖1”中，曲線     （填“a”或“b”）表示使用了催化劑；該反應(yīng)屬于       （填“吸熱”或“放熱”）反應(yīng)。

（2）根據(jù)“圖2”判斷，下列說法不正確的是     

A．起始充入的CO為1mol 

B．增加CO濃度，CO的轉(zhuǎn)化率增大

C．容器中壓強(qiáng)恒定時(shí)，反應(yīng)已達(dá)平衡狀態(tài)

D．保持溫度和密閉容器容積不變，再充入1molCO和2molH₂，再次達(dá)到平衡時(shí)n(CH₃OH)/n(CO)會(huì)增大

（3）從反應(yīng)開始到建立平衡， v(H₂)=            ；該溫度下CO(g)+2H₂(g) CH₃OH(g)的化學(xué)平衡常數(shù)為          。若保持其它條件不變，將反應(yīng)體系升溫，則該反應(yīng)的化學(xué)平衡常數(shù)將            （填“增大”、“減小”或“不變”）。

（4）請(qǐng)?jiān)凇皥D3”中畫出平衡時(shí)甲醇蒸氣百分含量（縱坐標(biāo)）隨溫度（橫坐標(biāo)）變化的曲線，要求畫壓強(qiáng)不同的2條曲線（在曲線上標(biāo)出P₁、P₂，且P₁>P₂）。

（5）科學(xué)家常用               （填儀器名稱）來直接測(cè)定某一反應(yīng)的反應(yīng)熱，現(xiàn)測(cè)得：CH₃OH(g)＋3/2O₂(g)＝CO₂(g)＋2H₂O(g) ΔH＝－192.9kJ/mol，又知H₂O(l)= H₂O(g)  ΔH＝＋44 kJ/mol，請(qǐng)寫出32g的CH₃OH(g)完全燃燒生成液態(tài)水的熱化學(xué)方程式                          。

 

Answer 1

【答案】

（1）b（1分）  放熱（1分）  （2）AB（2分）

（3）0.15mol·L^-1·min^-1（2分）  12（2分）   減�。�1分）   

（4）   （2分）

 (5) 量熱計(jì)（1分） CH₃OH(g)＋3/2O₂(g)＝CO₂(g)＋2H₂O(l) ΔH＝－280.9kJ/mol（2分）

【解析】（1）催化劑能降低活化能，從而加快反應(yīng)速率，所以b曲線不是使用了催化劑。根據(jù)圖像可知，反應(yīng)物的總能量大于生成物的總能量，所以是放熱反應(yīng)。

（2）根據(jù)圖像可知，CO的濃度減少，甲醇的濃度增加，所以起始時(shí)CO時(shí)1.0mol/L×2＝2.0mol，A不正確。增加CO的濃度，平衡顯正反應(yīng)方向移動(dòng)，可以提高氫氣的轉(zhuǎn)化率，但會(huì)降低CO的轉(zhuǎn)化率，B不正確。反應(yīng)前后體積是減小的，所以壓強(qiáng)也是減小的，C正確。D中相當(dāng)于增大壓強(qiáng)，平衡向正反應(yīng)方向移動(dòng)，n(CH₃OH)/n(CO)會(huì)增大，D正確，答案選AB。

（3）平衡時(shí)生成甲醇0.75mol/L，所以消耗氫氣是0.75mol/L×2＝1.5mol/L，則氫氣的反應(yīng)速率是1.5mol/L÷10min＝0.15mol·L^-1·min^-1。平衡時(shí)氫氣的濃度是2.0mol/L－1.5mol/L＝0.5mol/L，素平衡常數(shù)為。升高溫度，平衡向逆反應(yīng)方向移動(dòng)，平衡常數(shù)減小。

（4）正反應(yīng)是體積減小的、放熱的可逆反應(yīng)。所以溫度越高甲醇的含量越低。但壓強(qiáng)越大，甲醇的含量越高，圖像為（見答案）。

（5）直接測(cè)定反應(yīng)熱的是量熱計(jì)。根據(jù)蓋斯定律可知①－②×2即得到CH₃OH(g)＋3/2O₂(g)＝CO₂(g)＋2H₂O(l)，所以反應(yīng)熱是－192.9kJ/mol－44 kJ/mol×2＝－280.9kJ/mol。