Question

甲醇是一種可再生能源，具有開發(fā)和應(yīng)用的廣闊前景。工業(yè)上一般以CO和H₂為原料合成甲醇，該反應(yīng)的熱化學(xué)方程式為：CO(g)+2H₂(g)CH₃OH(g)  △H₁=－116 kJ·mol^－1

（1）下列有關(guān)上述反應(yīng)的說法正確的是________。

a．恒溫、恒容條件下，容器內(nèi)的壓強不發(fā)生變化則可逆反應(yīng)達到平衡

b．一定條件下，H₂的消耗速率是CO的消耗速率的2倍時可逆反應(yīng)達到平衡

c．保持容器體積不變，升高溫度可提高CO的轉(zhuǎn)化率

d．使用合適的催化劑能縮短達到平衡的時間并提高CH₃OH的產(chǎn)量

（2）在容積為1L的恒容容器中，分別研究在230℃、250℃、270℃三種溫度下合成甲醇的規(guī)律。右圖是上述三種溫度下不同的H₂和CO的起始組成比（起始時CO的物質(zhì)的量均為1mol）與CO平衡轉(zhuǎn)化率的關(guān)系。

①在上述三種溫度中，曲線Z對應(yīng)的溫度是           。

②利用圖中a點對應(yīng)的數(shù)據(jù)，計算該反應(yīng)在對應(yīng)溫度下的平衡常數(shù)K （寫出計算過程）。

③在答題卡相應(yīng)位置上畫出：上述反應(yīng)達到平衡后，減小體系壓強至達到新的平衡過程中，正逆反應(yīng)速率與時間的變化關(guān)系圖并標(biāo)注。

（3）已知：CO(g)+O₂(g)=CO₂(g) △H₂=－283 kJ·mol^－1

H₂(g)+O₂(g)=H₂O(g)       △H₃=－242 kJ·mol^－1

則表示1mol氣態(tài)甲醇完全燃燒生成CO ₂和水蒸氣時的熱化學(xué)方程式為             。

 

Answer 1

【答案】

（16分）

（1）①a（2分）   

②（5分）解：根據(jù)圖像可知CO的轉(zhuǎn)化率為50%，H₂的物質(zhì)的量為1.5mol，則：

CO(g)+2H₂(g)CH₃OH(g)

各組分的起始濃度/ mol·L^－1   1      1.5       0

各組分的變化濃度/ mol·L^－1  0.5      1       0.5

各組分的平衡濃度/ mol·L^－1  0.5     0.5       0.5（2分）

K===4L²•mol^—2

（3分，K的表達式、代入數(shù)據(jù)、結(jié)果各1分，不帶單位不扣分）

③

共4分，分兩個給分點：①逆反應(yīng)速率變化曲線正確，而且標(biāo)注正確，給2分（曲線起點或曲線平臺或標(biāo)注3要素，3個正確給2分，2個正確給1分，1個正確給0分。）；②正反應(yīng)速率變化曲線正確，而且標(biāo)注正確，給2分（曲線起點或曲線平臺或標(biāo)注3要素，3個正確給2分，2個正確給1分，1個正確給0分。）

（3）CH₃OH(g)+3/2O₂(g) CO₂(g)+2H₂O(g)   △H=—651kJ•mol^—1

（3分，方程式含狀態(tài)正確1分、反應(yīng)熱2分，單位錯漏扣1分）

【解析】

試題分析：（1）由于CO(g)+2H₂(g)CH₃OH(g)的正反應(yīng)是氣體物質(zhì)的量減小的方向，隨著反應(yīng)的正向進行，容器內(nèi)氣體總的物質(zhì)的量逐漸減小，因此恒溫、恒容條件下，容器內(nèi)的壓強逐漸減小，當(dāng)壓強不再變化，說明容器內(nèi)氣體總的物質(zhì)的量保持不變，反應(yīng)達到平衡，故a正確；氫氣的消耗速率和CO得消耗速率都是正反應(yīng)速率，它們之比始終等于系數(shù)之比，缺少逆反應(yīng)速率，故b錯；CO(g)+2H₂(g)CH₃OH(g)；△H₁=－116 kJ·mol^－1，說明正反應(yīng)是放熱反應(yīng)，升高溫度平衡向吸熱或逆反應(yīng)方向移動，則CO的轉(zhuǎn)化率減小，故c錯；催化劑不能使平衡移動，可以加快反應(yīng)速率，因此使用催化劑能縮短達到平衡的時間，但是不能提高CH₃OH的產(chǎn)量，故d錯；（2）①合成甲醇方向是放熱反應(yīng)，升高溫度平衡向吸熱或逆反應(yīng)方向移動，CO的平衡轉(zhuǎn)化率減小，則CO的轉(zhuǎn)化率越小，反應(yīng)溫度越高，圖中n(H₂)/n(CO)保持不變時，CO的平衡轉(zhuǎn)化率：X>Y>Z，則曲線Z對應(yīng)的溫度是270℃；②讀圖可得，a點的橫坐標(biāo)n(H₂)/n(CO)=1.5，縱坐標(biāo)CO的平衡轉(zhuǎn)化率為50%，設(shè)起始時n(CO)=1mol，則n(H₂)=1.5mol，則：

CO(g)+2H₂(g)CH₃OH(g)

各組分的起始濃度/ mol·L^－1   1      1.5       0

各組分的變化濃度/ mol·L^－1  0.5      1       0.5

各組分的平衡濃度/ mol·L^－1  0.5     0.5       0.5

K===4L²•mol^—2

③畫圖要點：a．由于CO(g)+2H₂(g)CH₃OH(g)的正反應(yīng)是氣體體積減小的方向，增大容器體積減小體系壓強時，平衡向氣體體積增大或逆反應(yīng)方向移動，則逆反應(yīng)速率大于正反應(yīng)速率；b．由于反應(yīng)物和生成物均隨容器體積增大而減小，則正反應(yīng)速率和逆反應(yīng)速率均明顯減小；c．達到新平衡之前，逆反應(yīng)速率逐漸減小，正反應(yīng)速率逐漸增大，因為平衡向逆反應(yīng)方向移動，生成物濃度逐漸減小，反應(yīng)物濃度逐漸增大，但都比原平衡的小；d．達到新平衡時，正反應(yīng)速率和逆反應(yīng)速率相等，但都比原平衡的��；（3）先將已知兩個熱化學(xué)方程式編號為①②③，再根據(jù)蓋斯定律，由②+③×2—①可得：CH₃OH(g)+3/2O₂(g) CO₂(g)+2H₂O(g)   △H=—651kJ•mol^—1。

考點：考查化學(xué)反應(yīng)原理，涉及化學(xué)平衡的標(biāo)志、外界條件對平衡移動的影響、、化學(xué)平衡常數(shù)的計算、放熱反應(yīng)和吸熱反應(yīng)、溫度對平衡移動的影響、畫出壓強對反應(yīng)速率和平衡移動的圖像、蓋斯定律、熱化學(xué)方程式等。