Question

科學(xué)家利用太陽能分解水生成的氫氣在催化劑作用下與二氧化碳反應(yīng)生成甲醇，并開發(fā)出直接以甲醇為燃料的燃料電池．已知H₂（g）、CO（g）和CH₃OH（l）的燃燒熱△H分別為-285.8kJ?mol^-1、-283.0kJ?mol^-1和-726.5kJ?mol^-1，
（1）實驗測得H₂和CO的混合氣體共5mol，完全燃燒生成液態(tài)水時放熱1417.8kJ，則混合氣體中H₂和CO的體積比是

 

．已知H₂O（l）═H₂O（g）△H=+44.0kJ?mol^-1寫出甲醇燃燒生成CO₂和氣態(tài)水的熱化學(xué)方程式

 

（2）一定條件下，在體積為3L的密閉容器中反應(yīng)CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）達(dá)到化學(xué)平衡狀態(tài)．
①該反應(yīng)的化學(xué)平衡常數(shù)表達(dá)式為K=

 

，溫度升高該反應(yīng)的平衡常數(shù)

 

（增大、減小、不變）
②判斷該可逆反應(yīng)達(dá)到化學(xué)平衡狀態(tài)的標(biāo)志是

 

（填字母）．
A．v_生成（CH₃OH）=v_消耗（CO）
B．混合氣體的密度不再改變
C．混合氣體的平均相對分子質(zhì)量不再改變
D．CO、H₂、CH₃OH的濃度相等
E．混合氣體的壓強不再變化
③在300℃時，將1molCO和3molH₂充入一密閉恒容容器中，充分反應(yīng)達(dá)到平衡后，若CO的轉(zhuǎn)化率為25%，則容器內(nèi)的壓強與起始壓強之比為

 

．
④500℃時，將容器的容積壓縮到原來的1/2，在其他條件不變的情況下，對平衡體系產(chǎn)生的影響是

 

（填字母）．
A．c（H₂）減小                               B．正反應(yīng)速率加快，逆反應(yīng)速率減慢
C．CH₃OH的物質(zhì)的量增加                   D．重新達(dá)到平衡時，

c?H2?

c?CH3OH?

減小
⑤300℃時 CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g） 達(dá)到平衡狀態(tài)時，平衡常數(shù)為2.4×10^-4，若在某一時刻測得c（CO）=2.0mol?L^-1，c（H₂）=1.0mol?L^-1，c（CH₃OH）=4.0×10^-4 mol?L^-1，該反應(yīng)是否處于化學(xué)平衡狀態(tài)

 

（選填“是”或“否”），此時，化學(xué)反應(yīng)速度是v_正

 

v_逆（選填“＞”、“＜”或“=”）．

Answer 1

考點：熱化學(xué)方程式,化學(xué)平衡的影響因素,化學(xué)平衡狀態(tài)的判斷,化學(xué)平衡的計算

專題：基本概念與基本理論

分析：（1）根據(jù)H₂和CO的燃燒熱，然后設(shè)出H₂的物質(zhì)的量，利用方程式組來解；寫出甲醇的燃燒的化學(xué)方程式，根據(jù)蓋斯定律來解題；
（2）①根據(jù)化學(xué)平衡常數(shù)為生成物的濃度冪之積除以反應(yīng)物的濃度冪之積，列出平衡常數(shù)的表達(dá)式；根據(jù)蓋斯定律得出反應(yīng)的熱效應(yīng)，進而判斷溫度升高該反應(yīng)的平衡常數(shù)的變化；
②反應(yīng)到達(dá)平衡狀態(tài)時，正逆反應(yīng)速率相等，平衡時各物質(zhì)的濃度、百分含量不變，可以及由此衍生的一些量也不發(fā)生變化，由此進行判斷，解題時要注意，選擇判斷的物理量，隨著反應(yīng)的進行發(fā)生變化，當(dāng)該物理量由變化到定值時，說明可逆反應(yīng)到達(dá)平衡狀態(tài)；
③根據(jù)化學(xué)平衡的三段法計算平衡時各物質(zhì)的物質(zhì)的量，再利用反應(yīng)前后氣體的物質(zhì)的量之比等于壓強之比來解答；
④將容器的容積壓縮到原來的

1

2

，壓強增大，反應(yīng)速率增大，平衡向正反應(yīng)方向移動，以此判斷；
⑤根據(jù)濃度商Qc和平衡常數(shù)K的大小比較來分析．

解答： 解：（1）設(shè)混合氣中H₂的物質(zhì)的量為x，則CO的物質(zhì)的量為5mol-x，根據(jù)題意，列方程為：285.8kJ/mol×x+283.0kJ?mol^-1×（5mol-x）=1417.8kJ，解得 x=1 mol，則CO的物質(zhì)的量為5mol-1mol=4mol，所以混合氣體中H₂與CO的體積比即物質(zhì)的量之比為1：4，
根據(jù)CH₃OH（l）的燃燒熱△H為-726.5kJ?mol^-1可知：
   2CH₃OH（l）+3O₂（g）=2CO₂（g）+4H₂O（l）△H=-1453KJ/mol ①
   又知：H₂O（l）═H₂O（g）△H=+44.0kJ?mol^-1②
根據(jù)蓋斯定律，將①+②×4可得：
2CH₃OH（l）+3O₂（g）=2CO₂（g）+4H₂O（g）△H=（-1453KJ/mol ）+（+44.0kJ?mol^-1）×4=-1277KJ/mol 
故答案為：1：4；2CH₃OH（l）+3O₂（g）=2CO₂（g）+4H₂O（g）△H=-1277KJ/mol； 
（2）①化學(xué)平衡常數(shù)為生成物的濃度冪之積除以反應(yīng)物的濃度冪之積，反應(yīng)物的生成物都是氣體，故平衡常數(shù)表達(dá)式為K=

C(CH3OH)

C(CO)?C2(H2)

，
根據(jù)H₂（g）、CO（g）和CH₃OH（l）的燃燒熱△H分別為-285.8kJ?mol^-1、-283.0kJ?mol^-1和-726.5kJ?mol^-1，可知：
H₂（g）+

1

2

O₂（g）=H₂O（l）△H=-285.8kJ?mol^-1  ①
CO（g）+

1

2

O₂（g）=CO₂（g）△H=-283.0kJ?mol^-1②
CH₃OH（l）+

3

2

O₂（g）=CO₂（g）+2H₂O（l）△H=-726.5KJ/mol ③
根據(jù)蓋斯定律可知：將①×2+②-③可得：
CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）△H=（-285.8kJ?mol^-1 ）×2+（-283.0kJ?mol^-1）-（-726.5KJ/mol）=-128.1KJ/mol，可知反應(yīng)放熱，故當(dāng)
溫度升高時該反應(yīng)的平衡逆向移動，故平衡常數(shù)K的值會減小，
故答案為：

C(CH3OH)

C(CO)?C2(H2)

；減�。�
②A、v_生成（CH₃OH）=v_消耗（CO），都表示正反應(yīng)速率，始終按此比例進行，不能說明反應(yīng)到達(dá)平衡，故A錯誤；
B、混合氣體的總質(zhì)量不變，容器的容積不變，混合氣體的密度始終不變，故混合氣體的密度不再改變，不能說明到達(dá)平衡，故B錯誤；
C、根據(jù)混合氣體的平均相對分子質(zhì)量=

混合氣體的總質(zhì)量

混合氣體的總物質(zhì)的量

，而混合氣體的總質(zhì)量不變，平衡之前，混合氣體的總物質(zhì)的量在改變，故平衡之前混合氣體的平均相對分子質(zhì)量在改變，一旦不變了，說明反應(yīng)達(dá)到平衡，故C正確；
D．平衡時各組分的濃度不變，CO、H₂、CH₃OH的濃度不再改變，但不一定相等，故D錯誤；
E、隨著反應(yīng)的進行，平衡之前，容器內(nèi)混合氣體的總的物質(zhì)的量減小，故壓強逐漸降低，當(dāng)容器內(nèi)氣體的壓強保持不變時，即說明反應(yīng)到達(dá)平衡，故E正確．
故選CE；
③由化學(xué)平衡的三段模式法：將1molCO和3molH₂充入一密閉恒容容器中，充分反應(yīng)達(dá)到平衡后，當(dāng)CO的轉(zhuǎn)化率為25%時，CO反應(yīng)掉0.25mol．
         CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）
   初始：1mol         3mol        0mol
△n：0.25mol     0.5mol      0.25mol
   平衡：0.75mol       2.5mol     0.25mol
平衡時容器內(nèi)的壓強與起始壓強之比=氣體的物質(zhì)的量之比=

0.75mol + 2.5mol + 0.25mol

1mol      +   3mol

=7：8，
故答案為：7：8；
④將容器的容積壓縮到原來的

1

2

，壓強增大，正逆反應(yīng)速率都增大，平衡向正反應(yīng)方向移動，CH₃OH的物質(zhì)的量增加，氫氣的物質(zhì)的量減少，但濃度增大，甲醇的物質(zhì)的量增多，故有

c(H2)

c(CH3OH)

減小，故選CD，故答案為：CD；
⑤根據(jù)某一時刻測得c（CO）=2.0mol?L^-1，c（H₂）=1.0mol?L^-1，c（CH₃OH）=4.0×10^-4 mol?L^-1，可知此時的濃度商Qc=

生成物濃度的冪之積

反應(yīng)物濃度的冪之積

=

4.0×10-4mol?L-1

(2.0mol?L-1)×(1.0mol?L-1)2

=2.0×10^-4mol/L＜2.4×10^-4 ，可知此時反應(yīng)未達(dá)平衡，而且平衡向右移，故v_正＞v_逆，故答案為：否；＞．

點評：本題考查了化學(xué)平衡常數(shù)表達(dá)式及計算、影響化學(xué)平衡移動的因素，題目知識面廣，難度較大，做題時注意三段式的應(yīng)用．