Question

5．已知CO₂可以生產綠色燃料甲醇，反應如下：
CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）；△H=-187.4KJ/mol，300℃時，密閉容器中，當C（CO₂）=1.00mol．L^-1C（H₂）=1.60mol．L^-1開始反應，結果如圖所示，回答下列問題：
（1）使用催化劑I時，反應在10小時內的平均反應速率：V（H₂）=0.054mol•（L•h）^-1．
（2）下列敘述正確的是AD．
A．汽容器內氣體的密度不再改變時，反應不一定達到平衡狀態(tài)
B．充人氬氣増大壓強有利于提髙CO₂的轉化率
C．CO₂平衡轉化率：在上述反應條件下，催化劑Ⅱ比催化劑I高
D．催化效率：在上述反應條件下，催化劑Ⅱ比催化劑Ⅰ高
（3）根椐圖中數據，計算此反應在.300℃時的平衡常數．（寫出計箅過程）
（4）將上述平衡體系升溫至400℃，平衡常數_：K（400℃）＜ K（300℃）（填＜、=或＞）．
（5）已知：2H₂（g）+O₂（g）═2H₂O（g）△H=-242.8KJ/mol
則反應2CH₃OH（g）+3O₂（g）═2CO₂（g）+4H₂O（g）△H=-353.6kJ•mol^-1．

Answer 1

分析 （1）根據反應在10小時內二氧化碳的轉化率計算出消耗二氧化碳的物質的量濃度，再計算出用二氧化碳表示的平均反應速率，最后根據反應速率與化學計量數的關系計算出用氫氣表示的反應速率；
（2）A、該反應兩邊都是氣體，容器容積不變，所以密度始終不變；
B、充入稀有氣體，不影響反應體系中各組分濃度，化學平衡不移動；
C、催化劑只影響反應速率，不影響化學平衡；
D、根據圖示可知，在催化劑Ⅱ作用下的反應速率大于比催化劑Ⅰ作用下的反應速率；
（3）根據圖象中達到平衡狀態(tài)時二氧化碳的轉化率、利用化學平衡三段式求算出達到平衡狀態(tài)時各組分的濃度，然后利用平衡常數表達式計算出該溫度下的平衡常數；
（4）該反應為放熱反應，溫度升高，化學平衡向著逆向移動，化學平衡常數減��；
（5）根據題中熱化學方程式及蓋斯定律計算出反應2CH₃OH（g）+3O₂（g）=2CO₂（g）+4H₂O（g）的焓變．

解答 解：（1）用催化劑I時，反應在10小時內二氧化碳的轉化率為0.18，二氧化碳的濃度變化為：1.00mol•L^-1×0.18=0.18mol/L，則反應在10小時內二氧化碳的平均反應速率為：v（CO₂）=$\frac{0.18mol/L}{10h}$=0.018mol•（L•h）^-1，則v（H₂）=3v（CO₂）=0.054mol•（L•h）^-1，
故答案為：0.054mol•（L•h）^-1；
（2）A、該反應前后氣體的質量不變，容器的容積固定，所以混合氣體的密度始終不變，故當容器內氣體的密度不再改變時，反應不一定達到平衡狀態(tài)，故A正確；
B、充入氬氣增大壓強，但是反應體系中各組分的濃度不變，化學平衡不發(fā)生移動，所以CO₂的轉化率不變，故B錯誤；
C、催化劑不影響化學平衡，所以CO₂平衡轉化率在上述反應條件下，催化劑Ⅱ與催化劑Ⅰ的轉化率相等，故C錯誤；
D、在上述反應條件下，催化劑Ⅱ的反應速率大于催化劑Ⅰ的，說明催化劑Ⅱ比催化劑Ⅰ的催化效率高，故D正確；
故選AD；
（3）CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）
起始濃度（mol/L）1.00     1.60      0         0
變化濃度（mol/L）0.20      0.60     0.20      0.20
平衡濃度（mol/L）0.80      1.0      0.20      0.20
K=$\frac{c（C{H}_{3}OH）×c（{H}_{2}O）}{c（C{O}_{2}）×{c}^{3}（{H}_{2}）}$=$\frac{0.20mol/L×0.20mol/L}{0.80mol/L×（1.0mol/L）^{3}}$=0.050L²•mol^-2，
答：300℃時的平衡常數為0.050 L²•mol^-2；
（4）由于該反應為放熱反應，溫度增大，化學平衡向著逆向移動，反應物濃度減小，生成物濃度增大，化學平衡常數增大，故平衡常數K（400℃）＜K（300℃），
故答案為：＜；        
（5）CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）△H=-187.4kJ•mol^-1①
2H₂（g）+O₂（g）=2H₂O（g）△H=-242.8kJ•mol^-1②
由蓋斯定律：②×3-①×2可得：2CH₃OH（g）+3O₂（g）=2CO₂（g）+4H₂O（g）；△H=（-242.8kJ•mol^-1）×3-（-187.4kJ•mol^-1）×2=-353.6kJ•mol^-1
故答案為：-353.6kJ•mol^-1．

點評 本題考查了化學反應速率、化學平衡常數的計算、影響化學反應速率因素、熱化學方程式書寫及蓋斯定律的應用等知識，題目難度中等，注意掌握化學反應速率、化學平衡常數的表達式及計算方法，明確蓋斯定律的含義及其應用方法．