Question

工业上用CO生产燃料甲醇．一定条件下发生反应：CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）．图1表示反应中能量的变化；图2表示一定温度下，在体积为2L的密闭容器中加入4mol H₂和一定量的CO后，CO和CH₃OH（g）的浓度随时间变化图．

请回答下列问题：
（1）在“图1”中，曲线

 

 （填：a或b）表示使用了催化剂
（2）该反应在什么条件下有利于自发进行

 

A．高温      B．低温     C．任何温度
（3）下列说法正确的是

 

A．起始充入的CO为1mol        B．增加CO浓度，CO的转化率增大
C．容器中气体平均相对分子质量保持不变时，反应已达平衡状态
D．保持温度和密闭容器容积不变，再充入1mol CO和2mol H₂，再次达到平衡时

n(CH3OH)

n(CO)

会减小
（4）从反应开始到建立平衡，氢气的平均反应速率为

 

；该温度下CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）的化学平衡常数为．若体积保持不变再加入0.5mol CO和1mol CH₃OH 则平衡向

 

 方向移动．
（5）请在“图3”中画出平衡时甲醇百分含量（纵坐标）随温度（横坐标）变化的曲线，要求画压强不同的2条曲线（在曲线上标出P₁、P，且P₁＜P₂）．
（6）已知2CH₃OH（g）+3O₂（g）=2CO₂（g）+4H₂O（g）△H=-385.8kJ/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

 

．

Answer 1

考点：物质的量或浓度随时间的变化曲线,反应热和焓变,热化学方程式,化学平衡的影响因素

专题：化学反应中的能量变化,化学平衡专题

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；
（2）当△G=△H-T?△S＜0时，反应能自发进行，据此判断；
（3）A、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；
C、该反应为反应前后气体的物质的量不同，质量守恒；
D、再充入1molCO和2molH₂，体积不变，则压强增大，平衡正向移动；
（4）由图2计算用CO表示的反应速率，再利用反应速率之比等于化学计量数之比来计算氢气的反应速率；利用各物质平衡的浓度来计算化学平衡常数；通过计算比较Qc与K的大小关系来判断反应方向；
（5）根据温度和压强对该反应的影响来分析；
（6）根据盖斯定律结合已知热化学方程式来构建目标方程式来解答．

解答： 解：（1）由图可知，曲线b降低了反应所需的活化能，则b使用了催化剂；
故答案为：b；
（2）当△G=△H-T?△S＜0时，反应能自发进行，已知CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）该反应为熵减小的反应，即△S＜0，且该反应中反应物的总能量大于生成物的总能量，则该反应为放热反应，即△H＜0，若要△H-T?△S＜0，则必须在高温条件下；
故答案为：A；
（3）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）×2L=2mol，故A错误；
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错误；
C、该反应为反应前后气体的物质的量不同，质量守恒，所以气体平均相对分子质量逐渐增大，当气体平均相对分子质量保持不变时，反应已达平衡状态，故C正确；
D、再充入1molCO和2molH₂，体积不变，则压强增大，平衡正向移动，再次达到平衡时

n(CH3OH)

n(CO)

会增大，故D错误；
故答案为：C；
（4）由图2可知，反应中减小的CO的浓度为1mol/L-0.25mol/L=0.75mol/L，10min时达到平衡，
则用CO表示的化学反应速率为

0.75mol/L

10min

=0.075mol?L^-1?min^-1，
因反应速率之比等于化学计量数之比，则v（H₂）=0.075mol?L^-1?min^-1×2=0.15mol?L^-1?min^-1，
      CO（g）+2H₂（g） CH₃OH（g）
开始：1mol/L     2mol/L             0
转化：0.75mol/L   1.5mol/L       0.75mol/L
平衡：0.25mol/L   0.5mol/L      0.75mol/L
则化学平衡常数K=

c(CH3OH)

c(CO)?c2(H2)

=

0.75mol/L

0.25mol/L×(0.5mol/L )2

=12 L²?mol^-2；
若体积保持不变再加入0.5mol CO和1mol CH₃OH，则Qc=

c(CH3OH)

c(CO)?c2(H2)

=

0.75+0.5

(0.25+0.25)×0．52

=10＜K，反应未达到平衡状态，则反应向正反应方向进行；
故答案为：0.15mol?L^-1?min^-1；12 L²?mol^-2；正反应；
（5）CO（g）+2H₂（g） CH₃OH（g）△H＜0，则温度越高，逆向反应进行的程度越大，甲醇的含量就越低，压强增大，反应正向进行的程度大，则甲醇的含量高，则图象为：
；
故答案为：；
（5）32g的CH₃OH（g）的物质的量为1mol，
已知：CH₃OH（g）+

3

2

O₂（g）=CO₂（g）+2H₂O（g）△H=-192.9kJ/mol ①
     H₂O（l）=H₂O（g）△H=+44kJ/mol ②
根据盖斯定律①-②×2得：CH₃OH（g）+

3

2

O₂（g）=CO₂（g）+2H₂O（l）△H=-280.9kJ/mol，
故答案为：CH₃OH（g）+

3

2

O₂（g）=CO₂（g）+2H₂O（l）△H=-280.9kJ/mol．

点评：本题考查化学反应速率、化学平衡及能量变化等，学生应注意图象的利用来分析解决问题，图象中的信息是解答本题的关键，题目综合性强，难度中等．