Question

甲醇是一種新型的汽車動力燃料，工業(yè)上可通過CO和H₂化合制備甲醇，該反應的熱化學方程式為：CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）△H．已知某些化學鍵的鍵能數(shù)據(jù)如下表：

化學鍵	C-C	C-H	H-H	C-O	C≡O(shè)	H-O
鍵能/kJ?mol-1	348	413	436	358	1072	463

請回答下列問題：
（1）已知CO中的C與O之間為叁鍵連接，該反應的△H=

 

；
（2）某化學研究性學習小組模擬工業(yè)合成甲醇的反應，在容積固定為2L的密閉容器內(nèi)充入1molCO和2molH₂，加入合適催化劑（體積可以忽略不計）后在250°C開始反應，并用壓力計監(jiān)測容器內(nèi)壓強的變化如下：

反應時間/min	0	5	10	15	20	25
壓強/MPa	12.6	10.8	9.5	8.7	8.4	8.4

則從反應開始到20min時，以CO表示的平均反應速率=

 

，該溫度下平衡常數(shù)K=

 

，若升高溫度則K值

 

（填“增大”、“減小”或“不變”）；
（3）下列描述中能說明上述反應已達平衡的是

 

；
A、容器內(nèi)氣體的平均摩爾質(zhì)量保持不變    B、2v（H₂）_正=v（CH₃OH）_逆
C、容器中氣體的壓強保持不變           D、單位時間內(nèi)生成nmolCO的同時生成2nmolH₂
（4）若在溫度、容積相同的3個密閉容器中，按不同方式投入反應物，保持恒溫、恒容，可逆反應   CO+2H₂?CH₃OH達到平衡，測得有關(guān)數(shù)據(jù)如下：

容器	甲	乙	丙
反應物投入量	1molCO、2molH2	1mol CH3OH	2molCO、4mol H2
CH3OH的濃度（mol/L）	c1	c2	c3
反應的能量變化	放出Q1 kJ	吸收Q2 kJ	放出Q3 kJ
平衡常數(shù)	K1	K2	K3
反應物轉(zhuǎn)化率	α 1	α 2	α 3

下列說法正確的是
A、c₁=c₂      B、2Q₁=Q₃         C、K₁=K₃      D、α₂+α₃＜100%
（5）若一體積可變的密閉容器中充入1mol CO、2mol H₂、1mol CH₃OH，反應CO+2H₂?CH₃OH經(jīng)一定時間達到平衡，并測得平衡時混合氣體密度是同溫同壓下起始時的4/3倍．則：反應開始時正、逆反應速率的大小：v（正）

 

v（逆）（填“＞”、“＜”或“=”），理由是

 

．平衡時n（CH₃OH）=

 

mol．

Answer 1

考點：有關(guān)反應熱的計算,反應速率的定量表示方法,化學平衡建立的過程,化學平衡常數(shù)的含義,化學平衡狀態(tài)的判斷

專題：基本概念與基本理論

分析：（1）反應CO（g）+2H₂（g）

常溫

CH₃OH （g）△H₁ 的焓變可以根據(jù)表內(nèi)的化學鍵鍵能計算，焓變=反應物鍵能總和-生成物鍵能總和；
（2）根據(jù)v=

△c

△t

計算化學反應的速率，根據(jù)平衡常數(shù)表達式K=

c(CH3OH)

c(CO)?c2(H2)

結(jié)合三段式進行計算，對于放熱反應，溫度升高，化學平衡常數(shù)會減��；
（3）反應達到平衡狀態(tài)時，正逆反應速率相等，平衡時各種物質(zhì)的物質(zhì)的量、濃度等不再發(fā)生變化，可由此進行判斷；
A、甲、丙相比較，把甲等效為開始加入1molCH₃OH，丙中甲醇的物質(zhì)的量為甲的2倍，壓強增大，平衡向生成甲醇的方向移動；
B、甲、丙相比較，把甲等效為開始加入1molCH₃OH，丙中甲醇的物質(zhì)的量為甲的2倍，壓強增大，平衡向生成甲醇的方向移動；
C、比較甲、丙可知，溫度相等，化學平衡常數(shù)相等；
D、甲、乙處于相同的平衡狀態(tài)，則α₁+α₂=1，由C的分析可知α₂＞α₃，據(jù)此判斷．
（4）平衡時混合氣體密度是同溫同壓下起始時的

4

3

倍，則總物質(zhì)的量變?yōu)樵�先�?.75倍，據(jù)此判斷反應的方向以及正逆反應速率的大小，根據(jù)三行式計算平衡時甲醇的量．

解答： 解：（1）CO（g）+2H₂（g）

常溫

CH₃OH （g），反應的焓變可以根據(jù)反應物的總鍵能和生成物的總鍵能計算得到，焓變=反應物總鍵能之和-生成物總鍵能之和，依據(jù)圖表提供的化學鍵的鍵能計算得到，）△H₁═1072KJ/mol+2×436KJ/mol-（3×413KJ/mol+358KJ/mol+463KJ/mol）=-116 kJ?mol^-1；
故答案為：-116 kJ?mol^-1；
（2））①從反應開始到20min時，設(shè)CO的濃度變化量是x，
          CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）
初始濃度：0.5     1            0
變化濃度：x      2x            x
平衡濃度：0.5-x  1-2x         x
根據(jù)反應前后壓強之比等于物質(zhì)的量之比，則

3

3-4x

=

12.6

8.4

，解得x=0.25mol/L，
從反應開始到20min時，以CO表示的平均反應速率v=

△c

△t

=

0.25mol/L

20min

=0.0125mol/（L?min），
平衡常數(shù)K=

c(CH3OH)

c(CO)?c2(H2)

=

0.25mol/L

0.25mol/L×(0.5mol/L)2

=4（mol/L）^-2，
對于該放熱反應，溫度升高，化學平衡常數(shù)會減小，故答案為：0.0125mol/（L?min）；4（mol/L）^-2；減��；
（3）A、容器內(nèi)氣體的平均摩爾質(zhì)量等于總質(zhì)量初一總物質(zhì)的量，質(zhì)量是守恒的保持不變，但是n變化，當氣體的平均摩爾質(zhì)量不變了，證明達到平衡，故A正確；
B、v（H₂）_正=2v（CH₃OH）_逆才能說明正逆反應速率相等，化學反應達到平衡，故B錯誤；
C、反應是前后氣體體積變化的反應，容器中氣體的壓強保持不變，證明達到了平衡，故C正確；
D、單位時間內(nèi)生成nmolCO的同時生成2nmolH₂，不能說明正逆反應速率相等，不一定平衡，故D錯誤．
故選AC．
（4）A、甲、乙相比較，把甲等效為開始加入1molCH₃OH，和乙是等效的，甲相對于乙而言壓強增大了，所以甲醇的濃度c₁＞c₂，故A錯誤；
B、甲、丙相比較，把甲等效為開始加入1molCH₃OH，丙中甲醇的物質(zhì)的量為甲的2倍，壓強增大，對于反應CH₃OH（g）?CO（g）+2H₂（g），平衡向生成甲醇的方向移動，故2Q₁＞Q₃，故B錯誤；
C、甲、丙溫度相等，化學平衡常數(shù)相等，故C正確；
D、甲、乙處于相同的平衡狀態(tài)，則α₁+α₂=1，由C的分析可知α₂＞α₃，所以a₁+a₃＜1，故D正確，
故答案為：CD．
（5）反應前后氣體總質(zhì)量不變，同溫、同壓下，達到平衡時，氣體密度增大，即氣體體積縮��；平衡時混合氣體密度是同溫同壓下起始時的

4

3

倍，則總物質(zhì)的量變?yōu)樵�先�?.75倍，總物質(zhì)的量=4×0.75=3mol，反應前后減少了3mol，即化學反應向著正反應方向進行，所以正反應速率大，即
設(shè)反應生成甲醇Xmol，則2H₂（g）+CO（g）?CH₃OH（g）
    初始物質(zhì)的量：2      1          1
         變化量：2X      X         X
         平衡量：2-2X    1-X       1+X
 則：

4

4-2X

=

4

3

，解得X=0.5，所以平衡時甲醇的物質(zhì)的量是1.5mol，故答案為：＞；平衡時混合氣體密度是同溫同壓下起始時的

4

3

倍，則總物質(zhì)的量變?yōu)樵�先�?.75倍，反應向著氣體物質(zhì)的量減小的方向進行，即向著正方向進行；1.5．

點評：本題涉及化學反應的焓變和化學鍵鍵能之間的關(guān)系、化學反應速率和平衡、等效平衡以及化學平衡的有關(guān)計算知識，綜合性強，難度大．