Question

14．能源短缺是人類面臨的重大問題．甲醇是一種可再生能源，具有廣泛的開發(fā)和應(yīng)用前景，因此甲醇被稱為21世紀(jì)的新型燃料．工業(yè)上用CO生產(chǎn)燃料甲醇，一定條件下發(fā)生反應(yīng)：CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）．圖1表示反應(yīng)中能量的變化；圖2表示一定溫度下，在體積為2L的密閉容器中加入4mol H₂和一定量的CO后，CO和CH₃OH（g）的濃度隨時間變化圖．

請回答下列問題：
（1）在“圖1”中，曲線b（填“a”或“b”）表示使用了催化劑；該反應(yīng)屬于放熱（填“吸熱”或“放熱”）反應(yīng)．
（2）根據(jù)“圖2”判斷，下列說法不正確的是AB
A．起始充入的CO為1mol
B．增加CO濃度，CO的轉(zhuǎn)化率增大
C．容器中壓強恒定時，反應(yīng)已達(dá)平衡狀態(tài)
D．保持溫度和密閉容器容積不變，再充入1molCO和2molH₂，再次達(dá)到平衡時n（CH₃OH）/n（CO）會增大
（3）從反應(yīng)開始到建立平衡，v（H₂）=0.15moL/（L•min）；該溫度下CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）的化學(xué)平衡常數(shù)為12．若保持其它條件不變，將反應(yīng)體系升溫，則該反應(yīng)的化學(xué)平衡常數(shù)將減�。ㄌ睢霸龃蟆�、“減小”或“不變”）．
（4）請在“圖3”中畫出平衡時甲醇蒸氣百分含量（縱坐標(biāo)）隨溫度（橫坐標(biāo)）變化的曲線，要求畫壓強不同的2條曲線（在曲線上標(biāo)出P₁、P₂，且P₁＞P₂）．
（5）CH₃OH（g）+$\frac{3}{2}$O₂（g）═CO₂（g）+2H₂O（g）△H=-192.9kJ/mol，又知H₂O（l）=H₂O（g）△H=+44kJ/mol，請寫出32g的CH₃OH（g）完全燃燒生成液態(tài)水的熱化學(xué)方程式CH₃OH（g）+$\frac{3}{2}$O₂（g）=CO₂（g）+2H₂O（l）△H=-280.9kJ/mol．

Answer 1

分析 （1）加入催化劑，可降低反應(yīng)的活化能；由圖可知，反應(yīng)物的總能量大于生成物的總能量，則反應(yīng)為放熱反應(yīng)，
（2）A．CO的起始濃度為1moL/L，體積為2L，根據(jù)n=cV計算CO起始物質(zhì)的量；
B．增加CO濃度，平衡向正方向移動，H₂的轉(zhuǎn)化率增大，自身轉(zhuǎn)化率降低；
C．由于反應(yīng)前后氣體的體積不等，則容器中壓強恒定時，反應(yīng)已達(dá)到平衡狀態(tài)；
D．保持溫度和密閉容器容積不變，再充入1mol CO和2mol H₂，相當(dāng)于在原來的基礎(chǔ)上縮小體積，壓強增大，平衡向正反應(yīng)方向移動；
（3）10min到達(dá)平衡，平衡時c（CO）=0.25mol/L，c（CH₃OH）=0.75mol/L，則△c（CO）=0.75mol/L，△c（H₂）=2△c（CO）=1.5mol/L，平衡時c（H₂）=$\frac{4mol}{2L}$-1.5mol/L=0.5mol/L，
根據(jù)v=$\frac{△c}{△t}$計算（H₂），平衡常數(shù)K=$\frac{c（C{H}_{3}OH）}{c（CO）×{c}^{2}（{H}_{2}）}$；
正反應(yīng)為放熱反應(yīng)，若保持其它條件不變，將反應(yīng)體系升溫，平衡逆向移動；
（4）增大壓強，平衡向正反應(yīng)方向移動，則甲醇的百分含量增大，溫度升高，平衡向逆反應(yīng)方向移動，甲醇的百分含量降低；
（5）32g的CH₃OH的物質(zhì)的量為1mol，
已知：①CH₃OH（g）+$\frac{3}{2}$O₂=CO₂（g）+2H₂O（g）△H=-192.9KJ/mol，
②H₂O（l）=H₂O（g）△=+44KJ/mol，
根據(jù)蓋斯定律，①-②×2可得CH₃OH（g）+$\frac{3}{2}$O₂（g）=CO₂（g）+2H₂O．

解答 解：（1）由圖象可知b活化能較低，應(yīng)加入催化劑，由圖可知，反應(yīng)物的總能量大于生成物的總能量，則反應(yīng)為放熱反應(yīng)，故答案為：b；放熱；
（2）A．CO的起始濃度為1moL/L，體積為2L，則起始充入的CO為2mol，故A錯誤；
B．增加CO濃度，平衡向正方向移動，H₂的轉(zhuǎn)化率增大，CO的轉(zhuǎn)化率降低，故B錯誤；
C．由于反應(yīng)前后氣體的體積不等，則容器中壓強恒定時，反應(yīng)已達(dá)到平衡狀態(tài)，故C正確；
D．保持溫度和密閉容器容積不變，再充入1mol CO和2mol H₂，相當(dāng)于在原來的基礎(chǔ)上縮小體積，壓強增大，平衡向正反應(yīng)方向移動，則平衡時n（CH₃OH）/n（CO）會增大，故D正確，
故答案為：AB；
（3）10min到達(dá)平衡，平衡時c（CO）=0.25mol/L，c（CH₃OH）=0.75mol/L，則△c（CO）=0.75mol/L，△c（H₂）=2△c（CO）=1.5mol/L，平衡時c（H₂）=$\frac{4mol}{2L}$-1.5mol/L=0.5mol/L，
則v（H₂）=$\frac{1.5mol/L}{10min}$=0.15moL/（L•min），平衡常數(shù)K=$\frac{c（C{H}_{3}OH）}{c（CO）×{c}^{2}（{H}_{2}）}$=$\frac{0.75}{0.25×0．{5}^{2}}$=12；
正反應(yīng)為放熱反應(yīng)，若保持其它條件不變，將反應(yīng)體系升溫，平衡逆向移動，則該反應(yīng)的化學(xué)平衡常數(shù)將減小，
故答案為：0.15moL/（L•min）；12；減��；
（4）增大壓強，平衡向正反應(yīng)方向移動，則甲醇的百分含量增大，溫度升高，平衡向逆反應(yīng)方向移動，甲醇的百分含量降低，則圖象可為，故答案為：；
（5）32g的CH₃OH的物質(zhì)的量為1mol，
已知：①CH₃OH（g）+$\frac{3}{2}$O₂=CO₂（g）+2H₂O（g）△H=-192.9KJ/mol，
②H₂O（l）=H₂O（g）△=+44KJ/mol，
根據(jù)蓋斯定律，①-②×2可得CH₃OH（g）+$\frac{3}{2}$O₂（g）=CO₂（g）+2H₂O△H=（-192.9kJ/mol）-44KJ/mol×2=-280.9kJ/mol，
故答案為：CH₃OH（g）+$\frac{3}{2}$O₂（g）=CO₂（g）+2H₂O（l）△H=-280.9kJ/mol．

點評 本題考查化學(xué)平衡的計算及影響因素、化學(xué)反應(yīng)與能量變化等問題，注意反應(yīng)物與生成物總能量與反應(yīng)熱的關(guān)系，催化劑只改變反應(yīng)的活化能，但不能改變反應(yīng)熱，題目難度中等．