Question

3．工业上用CO生产燃料甲醇．一定温度和容积条件下发生反应：CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）．图1表示反应中的能量变化；图2表示一定温度下，在体积为1L的密闭容器中加入2molH₂和一定量的CO后，CO和CH₃OH（g）的浓度随时间变化．请回答下列问题：
（1）在“图1”中，曲线b（填“a”或“b”）表示使用了催化剂；没有使用催化剂时，在该温度和压强条件下反应CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）的△H=-91kJ/mol．
（2）下列说法正确的是
A．起始充入的CO的物质的量为1mol
B．增加CO的浓度，H₂的转化率会增大
C．容器中压强恒定时，反应达到平衡状态
（3）从反应开始到建立平衡，v（CO）=0.075mol•L^-1•min^-1；达到平衡时，c（H₂）=0.5mo/L，该温度下CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）的化学平衡常数表达式为K=$\frac{{C（C{H_3}OH）}}{{C（CO）•{C^2}（{H_2}）}}$．达到平衡后若保持其它条件不变，将容器体积压缩为0.5L，则平衡正向移动 （填“正向”、“逆向”或“不”）．
（4）已知CH₃OH（g）+$\frac{3}{2}$O₂（g）═CO₂（g）+2H₂O（g）；△H=-193kJ/mol，又知H₂O（l）=H₂O（g）；△H=+44kJ/mol，请写出32g的CH₃OH（g）完全燃烧生成液态水的热化学方程式CH₃OH（l）+3/2O₂（g）=CO₂（g）+2H₂O（l）△H=-281kJ/mol．

Answer 1

分析 （1）根据图中反应的活化能的大小来分析是否使用催化剂，利用反应前后的总能量来分析反应的能量变化；
（2）A、由图2利用转化的CO和平衡时CO的量来分析；
B、增加CO浓度，会促进氢气的转化，但本身的转化率降低；
C、该反应为反应前后压强不等的反应；
（3）根据v=$\frac{△c}{△t}$进行计算；根据三行式计算平衡时氢气的浓度；化学平衡常数表达式是生成物浓度幂之积比上反应物浓度幂之积；达到平衡后若保持其它条件不变，将容器体积压缩为0.5L，增大压强平衡正向移动；
（3）32g的CH₃OH的物质的量为1mol，结合盖斯定律计算．

解答 解：（1）由图可知，反应的活化能b的较小，所以b使用的催化剂，该反应中反应物的总能量大于生成物的总能量，该反应为放热反应；
由图可知，反应物为1molCO（g）和2molH₂（g），生成物为1molCH₃OH（g），△H=419-510=-91 kJ•mol^-1，
故反应的热化学方程式为：CO（g）+2H₂（g）=CH₃OH（g）△H=-91 kJ•mol^-1，
故答案为：b；-91 kJ•mol^-1；
（2）A、由图2可知生成0.75mol/LCH₃OH，则反应了0.75mol/LCO，平衡时有0.25mol/LCO，即CO的起始物质的量为（0.75mol/l+0.25mol/L）×1L=1mol，故A正确；
B、增加CO浓度，会促进氢气的转化，氢气的转化率增大，但CO的转化率减小，故B正确；
C、该反应为反应前后压强不等的反应，则压强不变时，该反应达到平衡状态，故C正确；
故选：ABC；
（3）v（CO）=$\frac{（1-0.25）mol/L}{10min}$=0.075 mol•L^-1•min^-1，
             CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）
开始（mol/L）   1       2        0
转化（mol/L）  0.75    1.5      0.75
平衡（mol/L）  0.25    0.5      0.75
所以达到平衡时，c（H₂）=0.5mo/L；平衡常数表达式为：K=$\frac{{C（C{H_3}OH）}}{{C（CO）•{C^2}（{H_2}）}}$，增大压强平衡正向移动，故答案为：0.075mol/（L•min）；0.5mo/L；K=$\frac{{C（C{H_3}OH）}}{{C（CO）•{C^2}（{H_2}）}}$；正向；
（4）已知①CH₃OH（g）+$\frac{3}{2}$O₂=CO₂（g）+2H₂O（g）△H=-193KJ/mol，②H₂O（l）=H₂O（g）△=44KJ/mol，
利用盖斯定律将①-②×2可得CH₃OH（g）+$\frac{3}{2}$O₂（g）=CO₂（g）+2H₂O（l）
△H=（-193kJ/mol）-44KJ/mol×2=-281kJ/mol，
故答案为：CH₃OH（g）+$\frac{3}{2}$O₂（g）=CO₂（g）+2H₂O（l）△H=-281kJ/mol．

点评 本题考查反应速率计算、化学平衡的影响因素、平衡常数的计算热化学方程式的书写等，难度中等．应注意图象中的信息是解答本题的关键．