Question

【題目】以含1個碳原子物質(zhì)(如CO、CO2、CH4、CH3OH等)為原料的“碳一化學”處于未來化學產(chǎn)業(yè)的核心，成為科學家研究的重要課題。請回答下列問題：

（1）已知CO、H2、CH3OH(g)的燃燒熱分別為-283.0kJ·mol-1、-285.8kJ·mol-l、-764.5kJ·mol-l。則反應(yīng)I：CO(g)+2H2(g)=CH3OH(g)△H=___

（2）在溫度T時，向體積為2L恒容容器中充入3molCO和H2的混合氣體，發(fā)生反應(yīng)I，反應(yīng)達到平衡時，CH3OH(g)的體積分數(shù)(φ)與n(H2)/n(CO)的關(guān)系如下圖所示。

①當起始n(H2)/n(CO)=1時，從反應(yīng)開始到平衡前，CO的體積分數(shù)將___(填“增大”、“減小”或“不變”)。

②當起始n(H2)/n(CO)=2時，反應(yīng)經(jīng)過l0min達到平衡，CO轉(zhuǎn)化率為0.5，則0~l0min內(nèi)平均反應(yīng)速率v(H2)=___。

③當起始n(H2)/n(CO)=3.5時，達到平衡后，CH3OH的體積分數(shù)可能是圖像中的__。(填“D”、“E”或“E”點)。

（3）在一容積可變的密閉容器中充有10molCO和20molH2，發(fā)生反應(yīng)I。CO的平衡轉(zhuǎn)化率(α)與溫度(T)、壓強(P)的關(guān)系如下圖所示。

①壓強P1=___(填“<”、“=”或“>”)P2；A、B、C三點的平衡常數(shù)KA、KB、KC的大小關(guān)系為___(用“<”、“=”或“>”表示)。

②若達到平衡狀態(tài)C時，容器體積為10L，則在平衡狀態(tài)A時容器體積為____L。

Answer 1

【答案】-90.1kJ/mol 不變 0.05mol·L-1·min-1 F > KA=KC>KB 2

【解析】

（1）CO、H2、CH3OH(g)的燃燒熱化學方程式分別為：

①，

②，

③，根據(jù)蓋斯定律可知，將①+2×②-③可得：；

（2）在溫度T時，向體積為2L恒容容器中充入3molCO和H2的混合氣體，發(fā)生反應(yīng)I；

①當起始n(H2)/n(CO)=1時，則n(H2)=n(CO)=1.5mol，CO的體積分數(shù)為50%，根據(jù)三等式

平衡時，CO的體積分數(shù)為，不管CO轉(zhuǎn)化了多少，CO的體積分數(shù)一直為50%，則反應(yīng)前后體積分數(shù)不變；

②當起始n(H2)/n(CO)=2時，混合氣體為3mol，則n(CO)=1mol，n(H2)=2mol，反應(yīng)經(jīng)過l0min達到平衡，CO轉(zhuǎn)化率為0.5，即轉(zhuǎn)化了0.5mol，則H2轉(zhuǎn)化1mol，則0~l0min內(nèi)平均反應(yīng)速率v(H2)=；

③當反應(yīng)物的投料比等于其化學計量數(shù)之比時，平衡時，生成物的體積分數(shù)最大，即當起始n(H2)/n(CO)=2時，CH3OH(g)的體積分數(shù)(φ)最大，因此當起始n(H2)/n(CO)= 3.5時，達到平衡后，CH3OH的體積分數(shù)可能是圖像中的F點；

（3）①當溫度相同時，增大壓強，平衡正向移動，CO轉(zhuǎn)化率上升，由此可知P1>P2；該反應(yīng)正向為放熱反應(yīng)，升高溫度，平衡將逆向移動，平衡常數(shù)將減小，平衡常數(shù)只與溫度有關(guān)，溫度不變時，平衡常數(shù)不變，A和C的溫度相同，小于B的溫度，因此KA=KC>KB；

②平衡狀態(tài)A和C的溫度相同，平衡常數(shù)相同。達到平衡狀態(tài)C時，CO的轉(zhuǎn)化率為50%，則平衡時n(CO)=5mol，n(H2)=10mol，n(CH3OH)=5mol，平衡常數(shù)，達到平衡狀態(tài)A時，CO的轉(zhuǎn)化率為80%，則平衡時n(CO)=2mol，n(H2)=4mol，n(CH3OH)=8mol，設(shè)該容器體積為VL，則，解得V=2。