Question

利用焦炭或天然氣制取廉價(jià)的CO和H₂，再用于氨合成和有機(jī)合成是目前工業(yè)生產(chǎn)的重要途徑．
（1）已知：CH₄（g）+2O₂ （g）=CO₂ （g）+2H₂O （l）△H=-890.3kJ?mol^-1     ①
H₂（g）+1/2O₂ （g）=H₂O （l）△H=-285.8kJ?mol^-1 ②
CO（g）+1/2O₂（g）=CO₂（g）△H=-283.0kJ?mol^-1 ③
H₂O（g）=H₂O（l）△H=-44.0kJ?mol^-1 ④
反應(yīng)CH₄（g）+H₂O（g）

高溫  .

  CO（g）+3H₂（g），△H=

+206.1

kJ?mol^-1．標(biāo)準(zhǔn)狀況下33.6L甲烷高溫下與水蒸氣完全反應(yīng)生成CO和H₂，反應(yīng)過程中轉(zhuǎn)移

9

mole^-，放出

309.15

kJ熱量．
（2）一定條件下，在體積為5L的密閉容器中，一氧化碳與氫氣反應(yīng)生成甲醇（催化劑為Cu₂O/ZnO）：CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）．不同溫度時(shí)甲烷的物質(zhì)的量隨時(shí)間變化曲線如圖所示．根據(jù)題意完成下列各題：
①反應(yīng)達(dá)到平衡時(shí)，平衡常數(shù)表達(dá)式K=

c(CH3OH)

c(CO)?c2(H2)

，降低溫度，K值

增大

（填“增大”、“減小”或“不變”）．
②在300℃，從反應(yīng)開始到平衡，氫氣的平均反應(yīng)速率v（H₂）=

2n_A/5t_Amol?（L?min）^-1

．（用相關(guān)符號(hào)和數(shù)據(jù)表示）
③判斷該可逆反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)的標(biāo)志是

bd

．（填字母）
a．CH₃OH的生成速率與CO的消耗速率相等   b．容器中氣體的壓強(qiáng)不變
c．容器中混合氣體的密度保持不變           d．CO百分含量保持不變
e．CO和CH₃OH濃度相等
④欲提高H₂的轉(zhuǎn)化率，下列措施可行的是

c

．（填字母）
a．向容器中再充入Ar    b．改變反應(yīng)的催化劑
c．向容器中再充入CO                      d．升高溫度．

Answer 1

分析：（1）根據(jù)已知反應(yīng)和目標(biāo)反應(yīng)，利用蓋斯定律來(lái)計(jì)算反應(yīng)熱，利用化合價(jià)的變化計(jì)算轉(zhuǎn)移的電子數(shù)，利用物質(zhì)的量與反應(yīng)熱的數(shù)值關(guān)系計(jì)算放出的熱量；
（2）①平衡常數(shù)為生成物濃度冪之積與反應(yīng)物濃度冪之積的比，由圖可知，溫度高時(shí)甲醇的量少，則該反應(yīng)為放熱反應(yīng)，降低溫度，平衡正向移動(dòng)；
②由圖可知，甲醇在0～t_A時(shí)間內(nèi)增加n_Amol，計(jì)算甲醇的反應(yīng)速率，再利用化學(xué)計(jì)量數(shù)之比等于反應(yīng)速率之間計(jì)算氫氣的反應(yīng)速率；
③根據(jù)平衡的特征“等”、“定”及由此衍生的一些量來(lái)判斷平衡；
④提高H₂的轉(zhuǎn)化率，化學(xué)平衡正向移動(dòng)，但不能增加氫氣本身的量，以此來(lái)解答．

解答：解：（1）由CH₄（g）+2O₂ （g）=CO₂ （g）+2H₂O （l）△H=-890.3kJ?mol^-1 ①，
H₂（g）+1/2O₂ （g）=H₂O （l）△H=-285.8kJ?mol^-1 ②，
CO（g）+1/2O₂（g）=CO₂（g）△H=-283.0kJ?mol^-1 ③，
H₂O（g）=H₂O（l）△H=-44.0kJ?mol^-1 ④，
根據(jù)蓋斯定律可知，①+④-③-②×3可得CH₄（g）+H₂O（g）

高溫  .

  CO（g）+3H₂（g），
其反應(yīng)熱△H=（-890.3kJ?mol^-1）+（-44kJ?mol^-1）-（-283.0kJ?mol^-1）-（-285.8kJ?mol^-1）×2=+206.1kJ/mol，
標(biāo)準(zhǔn)狀況下33.6L甲烷，其物質(zhì)的量為1.5mol，所以該反應(yīng)中轉(zhuǎn)移的電子數(shù)為1.5mol×（2+4）=9mol，
該反應(yīng)放出的熱量為1.5mol×206.1kJ/mol=309.15kJ，
故答案為：+206.1；9；309.15；
（2）①由CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g），則平衡常數(shù)K=

c(CH3OH)

c(CO)?c2(H2)

，由圖可知，溫度高時(shí)甲醇的量少，則該反應(yīng)為放熱反應(yīng)，降低溫度，平衡正向移動(dòng)，所以K增大，
故答案為：

c(CH3OH)

c(CO)?c2(H2)

；增大；
②由圖可知，甲醇在0～t_A時(shí)間內(nèi)增加n_Amol，則甲醇的反應(yīng)速率為n_A/5t_A mol?（L?min）^-1，再由化學(xué)計(jì)量數(shù)之比等于反應(yīng)速率之比，所以氫氣的反應(yīng)速率為2n_A/5t_A mol?（L?min）^-1，故答案為：2n_A/5t_A mol?（L?min）^-1；
③a．CH₃OH的生成速率與CO的消耗速率相等，只能確定正反應(yīng)速率，不能確定正逆反應(yīng)速率的關(guān)系，則不能判斷平衡，故a錯(cuò)誤；
b．該反應(yīng)為反應(yīng)前后壓強(qiáng)不等的反應(yīng)，則容器中氣體的壓強(qiáng)不變，達(dá)到平衡狀態(tài)，故b正確；
c．因質(zhì)量、體積不變，則容器中混合氣體的密度始終保持不變，不能作為判斷平衡的方法，故c錯(cuò)誤；           
d．CO百分含量保持不變，濃度不再變化，達(dá)到平衡狀態(tài)，故d正確；
e．CO和CH₃OH濃度相等，取決于起始量，不一定達(dá)到平衡，故e錯(cuò)誤；
故答案為：bd；
④a．體積不變，向容器中再充入Ar，反應(yīng)體系中各物質(zhì)的濃度不變，平衡不移動(dòng)，故a錯(cuò)誤；    
b．改變反應(yīng)的催化劑，不影響化學(xué)平衡移動(dòng)，故b錯(cuò)誤；
c．向容器中再充入CO，平衡正向移動(dòng)，提高氫氣的轉(zhuǎn)化率，故c正確；                      
d．升高溫度提高，平衡逆向移動(dòng)，H₂的轉(zhuǎn)化率減小，故d錯(cuò)誤；
故答案為：c．

點(diǎn)評(píng)：本題為小綜合，考查蓋斯定律計(jì)算反應(yīng)熱、化學(xué)反應(yīng)速率、化學(xué)平衡等高考常考知識(shí)點(diǎn)，題目難度不大，并注意利用圖象來(lái)計(jì)算反應(yīng)速率及影響平衡的因素．