Question

5．氫氣是一種新型的綠色能源，又是一種重要的化工原料．
（1）氫氣的燃燒熱值高，H₂（g）+1/2O₂ （g）=H₂O （g）△H=-241.8kJ•mol^-1

化學鍵	H-H	O=O	O-H
鍵能（kJ•mol-1）	X	496.4	463

請根據相關數據計算：H-H的鍵能X=436kJ•mol^-1．
（2）根據現代工業(yè)技術可以用H₂和CO反應來生產燃料甲醇，其反應方程式如下：
CO₂ （g）+3H₂（g）?H₂O（l）+CH₃OH（g）△H=-49.00kJ•mol^-1
一定溫度下，在體積為1L的密閉容器中充入1.00mol CO₂和3.00mol H₂，測得CO₂和CH₃OH的濃度隨時間變化如圖所示．
①能說明該反應已達平衡狀態(tài)的是A（填代號）．
A．CO₂在混合氣體中的體積分數保持不變
B．單位時間內每消耗1.2mol H₂，同時生成0.4mol H₂O
C．反應中H₂O與CH₃OH的物質的量濃度比為1：1，且保持不變
②從反應開始到平衡時的平均反應速率v（H₂）=0.225mol/（L．min），達到平衡時氫氣的轉化率為75%．
③該溫度下的平衡常數表達式為$\frac{c（C{H}_{3}OH）}{c（C{O}_{2}）×{c}^{3}（{H}_{2}）}$．
④下列的條件一定能加快反應速率并且提高H₂轉化率的是D（填代號）．
A．降低反應溫度
B．分離出水
C．保持容器體積不變，充入稀有氣體
D．保持容器體積不變，充入CO₂氣體．

Answer 1

分析 （1）反應熱=反應物總鍵能-生成物總鍵能；
（2）①可逆反應到達平衡時，同種物質的正逆速率相等，各組分的濃度、含量保持不變，由此衍生的其它一些量不變，判斷平衡的物理量應隨反應進行發(fā)生變化，該物理量由變化到不再變化說明到達平衡；
②由圖可知，10min到達平衡，平衡時甲醇濃度變化量為0.75mol/L，根據方程式可知氫氣濃度變化為0.75mol/L×3=2.25mol/L，根據v=$\frac{△c}{△t}$計算v（H₂），根據△n=△c×V計算參加反應氫氣物質的量，進而計算氫氣轉化率；
③化學平衡常數是指：一定溫度下，可逆反應到達平衡時，生成物的濃度系數次冪之積與反應物的濃度系數次冪之積的比，固體、純液體不需要在化學平衡常數中寫出；
④升高溫度、增大壓強、增大物質濃度、使用催化劑可以加快反應速率，要提高H₂轉化率，應使平衡正向移動，但不能只增大氫氣濃度，否則氫氣轉化率會降低．

解答 解：（1）反應熱=反應物總鍵能-生成物總鍵能，則 XkJ•mol^-1+$\frac{1}{2}$×496.4kJ•mol^-1-2×463kJ•mol^-1=
-241.8kJ•mol^-1，解得X=436，
故答案為：436；
（2）①A．平衡時各組分的含量保持不變，故CO₂在混合氣體中的體積分數保持不變，說明反應到達平衡，故A正確；
B．單位時間內每消耗1.2mol H₂，同時生成0.4mol H₂O，均表示正反應速率，反應始終按該比例關系進行，不能說明到達平衡，應是“單位時間內每消耗1.2mol H₂同時生成0.4mol H₂O時，反應到達平衡”，故B錯誤；
C．反應中H₂O與CH₃OH的物質的量濃度比始終為1：1，不能說明到達平衡，故C錯誤，
故選：A；
②由圖可知，10min到達平衡，平衡時甲醇濃度變化量為0.75mol/L，根據方程式可知氫氣濃度變化為0.75mol/L×3=2.25mol/L，故v（H₂）=$\frac{2.25mol/L}{10min}$=0.225mol/（L．min），參加反應氫氣物質的量為2.25mol/L×1L=2.25mol，氫氣轉化率為$\frac{2.25mol}{3mol}$×100%=75%，
故答案為：0.225mol/（L．min）；75%；
③CO₂ （g）+3H₂（g）?H₂O（l）+CH₃OH（g）的化學平衡常數表達式K=$\frac{c（C{H}_{3}OH）}{c（C{O}_{2}）×{c}^{3}（{H}_{2}）}$，
故答案為：$\frac{c（C{H}_{3}OH）}{c（C{O}_{2}）×{c}^{3}（{H}_{2}）}$；
④A．降低反應溫度，反應速率減慢，故A錯誤；
B．水為液體，分離出水，反應速率不變，不影響平衡移動，氫氣轉化率不變，故B錯誤；
C．保持容器體積不變，充入稀有氣體，混合氣體各組分濃度不變，反應速率不變、平衡不移動，氫氣轉化率不變，故C錯誤
D．保持容器體積不變，充入CO₂氣體，二氧化碳濃度增大，反應速率加快，平衡正向移動，氫氣轉化率增大，故D正確，
故選：D．

點評 本題考查化學平衡計算與影響因素、反應速率計算及影響因素、平衡常數、反應熱計算等，注意平衡常數表達式書寫時，固體、純液體不需要在化學平衡常數中寫出．