Question

13．“潔凈煤技術(shù)”研究在世界上相當(dāng)普遍，科研人員通過向地下煤層氣化
爐中交替鼓入空氣和水蒸氣的方法，連續(xù)產(chǎn)出了高熱值的煤炭氣，其主要成分是CO和H₂．
CO和H₂可作為能源和化工原料，應(yīng)用十分廣泛．
生產(chǎn)煤炭氣的反應(yīng)之一是：C（s）+H₂O（g）?CO（g）+H₂（g）△H=+131.4kJ/mol
（1）在容積為3L的密閉容器中發(fā)生上述反應(yīng)，5min后容器內(nèi)氣體的密度增大了0.12g/L，用H₂O表示0～5min的平均反應(yīng)速率為0.002mol/（L•min）．
（2）關(guān)于上述反應(yīng)在化學(xué)平衡狀態(tài)時的描述正確的是ABC．
A．CO的含量保持不變
B．v_正（H₂O）=v_正（H₂）
C．容器中混合氣體的平均相對分子質(zhì)量保持不變
（3）若上述反應(yīng)在t₀時刻達(dá)到平衡（如圖），在t₁時刻改變某一條件，請在圖中繼續(xù)畫出t₁時刻之后正反應(yīng)速率隨時間的變化：
①縮小容器體積，t₂時到達(dá)平衡（用實線表示）；
②t₃時平衡常數(shù)K值變大，t₄到達(dá)平衡（用虛線表示）；
（4）在一定條件下用CO和H₂可以制得甲醇（化學(xué)式為CH₃OH），CH₃OH和CO的燃燒熱分別為725.8kJ/mol，283.0kJ/mol，1molH₂O（l）變?yōu)镠₂O（g）吸收44.0kJ的熱量，寫出甲醇不完全燃燒生成一氧化碳和氣態(tài)水的熱化學(xué)方程式CH₃OH（l）+O₂（g）=CO（g）+2H₂O（g）△H=-354.8kJ/mol．

Answer 1

分析 （1）根據(jù)C（s）+H₂O（g）?CO（g）+H₂（g）知，如果有1molH₂O參加反應(yīng)，則反應(yīng)前后氣體質(zhì)量增加12g，5min后容器內(nèi)氣體的密度增大了0.12g/L，則增加的質(zhì)量=0.12g/L×3L=0.36g，則生成n（H₂O）=$\frac{0.36g}{12g}×1mol$=0.03mol，
用H₂O表示0～5min的平均反應(yīng)速率=$\frac{\frac{△n}{V}}{△t}$；
（2）可逆反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)時，正逆反應(yīng)速率相等，反應(yīng)體系中各物質(zhì)的物質(zhì)的量、物質(zhì)的量濃度、百分含量以及由此引起的一系列物理量不變；
（3）①縮小容器體積，濃度增大，正逆反應(yīng)速率都增大；
②化學(xué)平衡常數(shù)只與溫度有關(guān)，該反應(yīng)的正反應(yīng)是吸熱反應(yīng)，升高溫度平衡常數(shù)增大，升高溫度平衡正向移動；
（4）由CO（g）和CH₃OH（l）的燃燒熱△H分別為-283.0kJ•mol^-1和-725.8kJ•mol^-1，水的摩爾蒸發(fā)焓為44.0 kJ/mol，則
①CO（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）=CO₂（g）△H=-283.0kJ•mol^-1
②CH₃OH（l）+$\frac{3}{2}$O₂（g）=CO₂（g）+2 H₂O（l）△H=-725.8kJ•mol^-1
③H₂O（l）=H₂O（g）△H=-44KJ/mol
由蓋斯定律可知用②-①+③×2得到熱化學(xué)方程式．

解答 解：（1）根據(jù)C（s）+H₂O（g）?CO（g）+H₂（g）知，如果有1molH₂O參加反應(yīng)，則反應(yīng)前后氣體質(zhì)量增加12g，5min后容器內(nèi)氣體的密度增大了0.12g/L，則增加的質(zhì)量=0.12g/L×3L=0.36g，則生成n（H₂O）=$\frac{0.36g}{12g}×1mol$=0.03mol，
用H₂O表示0～5min的平均反應(yīng)速率=$\frac{\frac{△n}{V}}{△t}$=$\frac{\frac{0.03mol}{3L}}{5min}$=0.002mol/（L•min），
故答案為：0.002mol/（L•min）； 
（2）A．CO的含量保持不變時，正逆反應(yīng)速率相等，反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)，故正確；
B．反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)時，v_正（H₂O）=v_正（H₂），故正確；
C．容器中混合氣體的平均相對分子質(zhì)量保持不變時，正逆反應(yīng)速率相等，反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)，故正確；
故選ABC；
（3）（3）①縮小容器體積，濃度增大，正逆反應(yīng)速率都增大，平衡逆向移動，圖象為，故答案為：；
②化學(xué)平衡常數(shù)只與溫度有關(guān)，該反應(yīng)的正反應(yīng)是吸熱反應(yīng)，升高溫度平衡常數(shù)增大，升高溫度平衡正向移動，圖象為，故答案為：；

（4）由CO（g）和CH₃OH（l）的燃燒熱△H分別為-283.0kJ•mol^-1和-725.8kJ•mol^-1，則
①CO（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）=CO₂（g）△H=-283.0kJ•mol^-1
②CH₃OH（l）+$\frac{3}{2}$O₂（g）=CO₂（g）+2 H₂O（l）△H=-725.8kJ•mol^-1
③H₂O（l）=H₂O（g）△H=-44KJ/mol
由蓋斯定律可知用②-①+③×2得反應(yīng)CH₃OH（l）+O₂（g）=CO（g）+2 H₂O（g），該反應(yīng)的反應(yīng)熱△H=-725.8kJ•mol^-1-（-283.0kJ•mol^-1）+2×44KJ/mol=-354.8kJ•mol^-1，
故答案為：CH₃OH （l）+O₂（g）=CO （g）+2H₂O （g）△H=-354.8 kJ∕mol．

點(diǎn)評 本題考查了化學(xué)平衡的計算、化學(xué)平衡狀態(tài)的判斷、化學(xué)平衡的影響因素等知識，題目難度中等，明確影響化學(xué)反應(yīng)速率的因素為解答關(guān)鍵，試題側(cè)重考查學(xué)生的分析能力及化學(xué)計算能力，注意（2）B選項，平衡狀態(tài)下存在v_正（H₂O）=v_正（H₂），但存在v_正（H₂O）=v_正（H₂）時該反應(yīng)不一定達(dá)到平衡狀態(tài)，注意二者的區(qū)別．