Question

1．工業(yè)上研究利用CO₂來生產(chǎn)甲醇燃料的方法，該方法的熱化學(xué)方程式是：
CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）△H=-49.0kJ•mol^-1
某科學(xué)實(shí)驗(yàn)小組將6mol CO₂和8mol H₂充入一容積為2L的恒溫密閉容器中，測(cè)得H₂的物質(zhì)的量隨時(shí)間變化如圖中實(shí)線所示（圖中字母后的數(shù)字表示對(duì)應(yīng)的坐標(biāo)）．
回答下列問題：
（1）已知：2H₂（g）+O₂（g）=2H₂O（l）△H=-571.6kJ•mol^-1
H₂O（g）=H₂O（l）△H=-44.0kJ•mol^-1
則反應(yīng)2CH₃OH（g）+3O₂（g）=2CO₂（g）+4H₂O（g）△H=-1352.8kJ•mol^-1．
（2）反應(yīng)（實(shí)線中）在0～3min和3～8min內(nèi)CH₃OH的平均反應(yīng)速率大小關(guān)系為v（0～3）
＞v（3～8）（填“＞”、“﹦”或“＜”）；其原因?yàn)楫?dāng)溫度不變時(shí)，隨著反應(yīng)進(jìn)行，反應(yīng)物濃度減小，反應(yīng)速率降低．
（3）此溫度下（實(shí)線中）該反應(yīng)的平衡常數(shù)K的數(shù)值為0.5．
（4）僅改變某一條件再進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，測(cè)得H₂的物質(zhì)的量隨時(shí)間變化如圖中虛線所示．與實(shí)線相比，曲線Ⅰ改變的條件可能是升高溫度，曲線Ⅱ改變的條件可能是增大壓強(qiáng)．若實(shí)線對(duì)應(yīng)條件下平衡常數(shù)為K，曲線Ⅰ對(duì)應(yīng)條件下平衡常數(shù)為K₁，曲線Ⅱ?qū)��?yīng)條件下平衡常數(shù)為K₂，則K、K₁和K₂的大小關(guān)系是K₁＜K=K₂．
（5）下列選項(xiàng)中不能確定上述反應(yīng)已達(dá)到化學(xué)平衡狀態(tài)的是BC．
A．容器中混合氣體的平均相對(duì)分子質(zhì)量不變
B．容器中混合氣體的密度不變
C.3v（H₂）_正=v（H₂O）_逆
D．混合氣體的總壓強(qiáng)不變．

Answer 1

分析 （1）根據(jù)蓋斯定律及已知熱化學(xué)方程式消掉氫氣和液態(tài)水得到目標(biāo)熱化學(xué)方程式，然后計(jì)算出目標(biāo)反應(yīng)的焓變；
（2）該反應(yīng)過程中溫度不變，根據(jù)濃度對(duì)反應(yīng)速率的影響判斷兩個(gè)時(shí)間段的平均反應(yīng)速率大小；
（3）由圖可知8min時(shí)反應(yīng)到達(dá)平衡，平衡時(shí)氫氣的物質(zhì)的量為2mol，根據(jù)c=$\frac{n}{V}$計(jì)算出平衡時(shí)氫氣的濃度變化，然后利用三段式列式計(jì)算，最后根據(jù)平衡常數(shù)表達(dá)式計(jì)算出該反應(yīng)的平衡常數(shù)；
（4）曲線I反應(yīng)速率增大，但轉(zhuǎn)化的氫氣的物質(zhì)的量少，改變條件平衡向逆反應(yīng)方向移動(dòng)，可能是升高溫度，因該反應(yīng)放熱，升高溫度平衡逆向移動(dòng)；曲線Ⅱ反應(yīng)速率增大，轉(zhuǎn)化的氫氣的物質(zhì)的量多，平衡正向移動(dòng)，可能是增大壓強(qiáng)；平衡常數(shù)只受溫度的影響，該反應(yīng)放熱，升高溫度平衡逆向移動(dòng)，平衡常數(shù)減小；
（5）可逆反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)時(shí)，正逆反應(yīng)速率相等，各組分的濃度不再變化，據(jù)此對(duì)各選項(xiàng)進(jìn)行判斷．

解答 解（1）已知：①CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）△H=-49.0kJ•mol^-1，
②2H₂（g）+O₂（g）=2H₂O（l）△H=-571.6kJ•mol^-1，
③H₂O（g）=H₂O（l）△H=-44.0kJ•mol^-1，
根據(jù)蓋斯定律②×3-③×6-①×2可得：2CH₃OH（g）+3O₂（g）=2CO₂（g）+4H₂O（g）△H=（-571.6kJ•mol^-1）×3-（-44.0kJ•mol^-1）×6-（-49.0kJ•mol^-1）×2=-1352.8kJ•mol^-1，
故答案為：-1352.8 kJ•mol^-1 ；
（2）反應(yīng)在恒溫密閉容器中進(jìn)行，由于溫度不變時(shí)，隨著反應(yīng)進(jìn)行，反應(yīng)物濃度減小，反應(yīng)速率降低，則平均反應(yīng)速率v（0～3）＞v（3～8），
故答案為：＞；當(dāng)溫度不變時(shí)，隨著反應(yīng)進(jìn)行，反應(yīng)物濃度減小，反應(yīng)速率降低；
（3）由圖可知，8min時(shí)，反應(yīng)到達(dá)平衡，平衡時(shí)氫氣的物質(zhì)的量為2mol，參加反應(yīng)的氫氣為：8mol-2mol=6mol，氫氣的濃度變化量為$\frac{6mol}{2L}$=3mol/L，則：
              CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）
開始（mol/L）：3        4         0         0
變化（mol/L）：1        3         1         1     
平衡（mol/L）：2        1         1         1
故該溫度下平衡常數(shù)為：k=$\frac{1×1}{2×1}$=0.5，
故答案為：0.5；
（4）曲線I反應(yīng)速率增大，但轉(zhuǎn)化的氫氣的物質(zhì)的量少，應(yīng)是升高溫度，因該反應(yīng)放熱，升高溫度平衡逆向移動(dòng)，不利于氫氣的轉(zhuǎn)化，故曲線I是升高溫度；
曲線Ⅲ反應(yīng)速率增大，轉(zhuǎn)化的氫氣的物質(zhì)的量多，因增大壓強(qiáng)平衡正向移動(dòng)，故應(yīng)是增大壓強(qiáng)；
平衡常數(shù)只受溫度的影響，該反應(yīng)放熱，升高溫度平衡逆向移動(dòng)，平衡常數(shù)減小，故溫度越高平衡常數(shù)越小，曲線Ⅰ溫度最高，實(shí)線和曲線Ⅱ、Ⅲ溫度相同，故平衡常數(shù)大小為：K₁＜K=K₂，
故答案為：升高溫度； 增大壓強(qiáng)；K₁＜K=K₂；
（5）A．由于該反應(yīng)是氣體的物質(zhì)的量減小的反應(yīng)，反應(yīng)過程中氣體的總質(zhì)量不變，則在達(dá)到平衡狀態(tài)前平均分子質(zhì)量始終減小，當(dāng)容器中混合氣體的密度不變，容器中混合氣體的平均相對(duì)分子質(zhì)量不變時(shí)，說明各組分的濃度不再變化，達(dá)到了平衡狀態(tài)，故A錯(cuò)誤；
B．反應(yīng)前后氣體的總質(zhì)量不變，容器的容積不變，則混合氣體的密度始終不變，所以密度不能作為判斷平衡狀態(tài)的標(biāo)志，故B正確；
C.3v（H₂）_正=v（H₂O）_逆，說明逆反應(yīng)速率大于正反應(yīng)速率，平衡向著逆向移動(dòng)，該反應(yīng)沒有達(dá)到平衡狀態(tài)，故C錯(cuò)誤；
D．該反應(yīng)是氣體體積縮小的反應(yīng)，若混合氣體的總壓強(qiáng)不變，說明正逆反應(yīng)速率相等，各組分的濃度不再變化，可以證明該反應(yīng)已經(jīng)達(dá)到平衡狀態(tài)，故D錯(cuò)誤；
故答案為：BC．

點(diǎn)評(píng) 本題考查了化學(xué)平衡常數(shù)的計(jì)算、化學(xué)平衡的影響及平衡狀態(tài)的判斷、蓋斯定律在熱化學(xué)方程式中的應(yīng)用等知識(shí)，題目難度中等，試題涉及的知識(shí)點(diǎn)較多、綜合性較強(qiáng)，充分考查了學(xué)生的分析能力及靈活應(yīng)用基礎(chǔ)知識(shí)的能力，注意掌握影響化學(xué)平衡的因素及化學(xué)平衡常數(shù)的計(jì)算方法，明確蓋斯定律的概念及應(yīng)用．