Question

15．甲醇是一種重要的可再生能源．
（1）已知2CH₄（g）+O₂（g）=2CO（g）+4H₂（g）△H=a kJ/mol
CO（g）+2H₂（g）=CH₃OH（g）△H=b kJ/mol
試寫(xiě)出由CH₄和O₂制取甲醇的熱化學(xué)方程式：2CH₄（g）+O₂（g）=2CH₃OH（g）△H=（a+2b）kJ/mol．
（2）還可以通過(guò)下列反應(yīng)制備甲醇：CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）．
甲圖是反應(yīng)時(shí)CO和CH₃OH（g）的濃度隨時(shí)間的變化情況．從反應(yīng)開(kāi)始到達(dá)平衡，用H₂表示平均反應(yīng)速率υ（H₂）=_{0.15mol/（L•min）}．

（3）在一容積可變的密閉容器中充入10mol CO和20mol H₂，CO的平衡轉(zhuǎn)化率隨溫度（T）、壓強(qiáng)（P）的變化如乙圖所示．
①下列說(shuō)法能夠判斷該反應(yīng)達(dá)到化學(xué)平衡狀態(tài)的是BCD．
A．H₂的消耗速率等于CH₃OH的生成速率的2倍
B．H₂的體積分?jǐn)?shù)不再改變
C．體系中混合氣體的密度不再改變
D．體系中氣體的平均摩爾質(zhì)量不再改變
②A(yíng)、B、C三點(diǎn)化學(xué)反應(yīng)速率由大到小順序是υ（C）＞υ（B）＞υ（A）．
（4）CO在不同溫度下的平衡轉(zhuǎn)化率與壓強(qiáng)的關(guān)系如圖丙所示．該反應(yīng)的逆反應(yīng)△H＜0（填“＞”或“＜”）．實(shí)際生產(chǎn)條件控制在250℃、1.3×10⁴kPa左右，選擇此壓強(qiáng)的理由是在1.3×10⁴kPa下，CO的轉(zhuǎn)化率已經(jīng)很高，如果增加壓強(qiáng)CO的轉(zhuǎn)化率提高不大，而生產(chǎn)成本增加，經(jīng)濟(jì)效益低．

Answer 1

分析 （1）利用蓋斯定律，1式加2式的二倍即可得到該方程式及焓變；
（2）根據(jù)反應(yīng)速率v=$\frac{△c}{△t}$，結(jié)合物質(zhì)表示的反應(yīng)速率之比等于物質(zhì)前邊的系數(shù)之比來(lái)計(jì)算；
（3）①平衡標(biāo)志是正逆反應(yīng)速率相同，各成分濃度保持不變分析判斷選項(xiàng)；
②正反應(yīng)方向?yàn)闅怏w體積減小的方向，T₁℃時(shí)比較CO的轉(zhuǎn)化率，轉(zhuǎn)化率越大，則壓強(qiáng)越大；
（4）從橫坐標(biāo)上一點(diǎn)，畫(huà)一條平行于縱坐標(biāo)的虛線(xiàn)，看相同壓強(qiáng)下不同溫度時(shí)CO的平衡轉(zhuǎn)化率，溫度越低轉(zhuǎn)化率越低，說(shuō)明，升溫時(shí)平衡向逆向移動(dòng)．

解答 解：（1）已知①2CH₄（g）+O₂（g）=2CO（g）+4H₂（g）△H=a KJ/mol
②CO（g）+2H₂（g）=CH₃OH（g）△H=b KJ/mol，①+②×2可得到2CH₄（g）+O₂（g）=2CH₃OH（g）△H=（a+2b）kJ/mol，故答案為：2CH₄（g）+O₂（g）=2CH₃OH（g）△H=（a+2b）kJ/mol；
（2）用甲醇表示的反應(yīng)速率v=$\frac{0.75mol/L}{10min}$=0.075mol/（L•min），氫氣表示的反應(yīng)速率是甲醇的2倍，即0.15mol/（L•min），故答案為：0.15mol/（L•min）；
（3）①A．H₂的消耗速率等于CH₃OH的生成速率的2倍，不能說(shuō)明正逆反應(yīng)速率相等，不一定平衡，故A錯(cuò)誤；
B．H₂的體積分?jǐn)?shù)不再改變是化學(xué)平衡的特征，達(dá)到了平衡，故B正確；
C．體系中混合氣體的密度不再改變，說(shuō)明氣體的物質(zhì)的量不變反應(yīng)達(dá)平衡狀態(tài)，故C正確；
D．體系中氣體的平均摩爾質(zhì)量等于質(zhì)量和物質(zhì)的量的比值，物質(zhì)的量變化，質(zhì)量不變，所以當(dāng)體系中氣體的平均摩爾質(zhì)量不再改變，證明達(dá)到了平衡，故D正確．
故選BCD；
②正反應(yīng)方向?yàn)闅怏w體積減小的方向，T₁℃時(shí)比較CO的轉(zhuǎn)化率，轉(zhuǎn)化率越大，則壓強(qiáng)越大，圖象中P_B轉(zhuǎn)化率大于P_A，可知P_A＜P_B，溫度越高反應(yīng)速率越快，壓強(qiáng)越大反應(yīng)速率越快，所以υ（C）＞υ（B）＞υ（A），故答案為：υ（C）＞υ（B）＞υ（A）；
（4）從橫坐標(biāo)上一點(diǎn)0.5處，畫(huà)一條平行于縱坐標(biāo)的虛線(xiàn)，看相同壓強(qiáng)下不同溫度時(shí)CO的平衡轉(zhuǎn)化率，溫度越高轉(zhuǎn)化率越低，說(shuō)明，升溫時(shí)平衡向逆向移動(dòng)．
第二問(wèn)：實(shí)際生產(chǎn)條件控制在250℃、1.3×10⁴kPa左右，選擇此壓強(qiáng)的理由是工業(yè)生產(chǎn)要考慮速經(jīng)濟(jì)效益，要考慮速度和效率，壓強(qiáng)越大需要的條件越高，花費(fèi)越大．
故答案為：＜；在1.3×10⁴kPa下，CO的轉(zhuǎn)化率已經(jīng)很高，如果增加壓強(qiáng)CO的轉(zhuǎn)化率提高不大，而生產(chǎn)成本增加，經(jīng)濟(jì)效益低．

點(diǎn)評(píng) 本題考查了學(xué)生的識(shí)圖能力，學(xué)會(huì)定一議二法分析圖象得方法，這是學(xué)生必備的能力，題目難度中等．