Question

甲醇是一种新型的汽车动力燃料，工业上可通过CO和H₂化合制备甲醇，该反应的热化学方程式为：CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）△H．已知某些化学键的键能数据如下表：

化学键	C-C	C-H	H-H	C-O	C≡O	H-O
键能/kJ?mol-1	348	413	436	358	1072	463

请回答下列问题：
（1）已知CO中的C与O之间为叁键连接，该反应的△H=

 

；
（2）某化学研究性学习小组模拟工业合成甲醇的反应，在容积固定为2L的密闭容器内充入1molCO和2molH₂，加入合适催化剂（体积可以忽略不计）后在250°C开始反应，并用压力计监测容器内压强的变化如下：

反应时间/min	0	5	10	15	20	25
压强/MPa	12.6	10.8	9.5	8.7	8.4	8.4

则从反应开始到20min时，以CO表示的平均反应速率=

 

，该温度下平衡常数K=

 

，若升高温度则K值

 

（填“增大”、“减小”或“不变”）；
（3）下列描述中能说明上述反应已达平衡的是

 

；
A、容器内气体的平均摩尔质量保持不变    B、2v（H₂）_正=v（CH₃OH）_逆
C、容器中气体的压强保持不变           D、单位时间内生成nmolCO的同时生成2nmolH₂
（4）若在温度、容积相同的3个密闭容器中，按不同方式投入反应物，保持恒温、恒容，可逆反应   CO+2H₂?CH₃OH达到平衡，测得有关数据如下：

容器	甲	乙	丙
反应物投入量	1molCO、2molH2	1mol CH3OH	2molCO、4mol H2
CH3OH的浓度（mol/L）	c1	c2	c3
反应的能量变化	放出Q1 kJ	吸收Q2 kJ	放出Q3 kJ
平衡常数	K1	K2	K3
反应物转化率	α 1	α 2	α 3

下列说法正确的是
A、c₁=c₂      B、2Q₁=Q₃         C、K₁=K₃      D、α₂+α₃＜100%
（5）若一体积可变的密闭容器中充入1mol CO、2mol H₂、1mol CH₃OH，反应CO+2H₂?CH₃OH经一定时间达到平衡，并测得平衡时混合气体密度是同温同压下起始时的4/3倍．则：反应开始时正、逆反应速率的大小：v（正）

 

v（逆）（填“＞”、“＜”或“=”），理由是

 

．平衡时n（CH₃OH）=

 

mol．

Answer 1

考点：有关反应热的计算,反应速率的定量表示方法,化学平衡建立的过程,化学平衡常数的含义,化学平衡状态的判断

专题：基本概念与基本理论

分析：（1）反应CO（g）+2H₂（g）

常温

CH₃OH （g）△H₁ 的焓变可以根据表内的化学键键能计算，焓变=反应物键能总和-生成物键能总和；
（2）根据v=

△c

△t

计算化学反应的速率，根据平衡常数表达式K=

c(CH3OH)

c(CO)?c2(H2)

结合三段式进行计算，对于放热反应，温度升高，化学平衡常数会减小；
（3）反应达到平衡状态时，正逆反应速率相等，平衡时各种物质的物质的量、浓度等不再发生变化，可由此进行判断；
A、甲、丙相比较，把甲等效为开始加入1molCH₃OH，丙中甲醇的物质的量为甲的2倍，压强增大，平衡向生成甲醇的方向移动；
B、甲、丙相比较，把甲等效为开始加入1molCH₃OH，丙中甲醇的物质的量为甲的2倍，压强增大，平衡向生成甲醇的方向移动；
C、比较甲、丙可知，温度相等，化学平衡常数相等；
D、甲、乙处于相同的平衡状态，则α₁+α₂=1，由C的分析可知α₂＞α₃，据此判断．
（4）平衡时混合气体密度是同温同压下起始时的

4

3

倍，则总物质的量变为原先的0.75倍，据此判断反应的方向以及正逆反应速率的大小，根据三行式计算平衡时甲醇的量．

解答： 解：（1）CO（g）+2H₂（g）

常温

CH₃OH （g），反应的焓变可以根据反应物的总键能和生成物的总键能计算得到，焓变=反应物总键能之和-生成物总键能之和，依据图表提供的化学键的键能计算得到，）△H₁═1072KJ/mol+2×436KJ/mol-（3×413KJ/mol+358KJ/mol+463KJ/mol）=-116 kJ?mol^-1；
故答案为：-116 kJ?mol^-1；
（2））①从反应开始到20min时，设CO的浓度变化量是x，
          CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）
初始浓度：0.5     1            0
变化浓度：x      2x            x
平衡浓度：0.5-x  1-2x         x
根据反应前后压强之比等于物质的量之比，则

3

3-4x

=

12.6

8.4

，解得x=0.25mol/L，
从反应开始到20min时，以CO表示的平均反应速率v=

△c

△t

=

0.25mol/L

20min

=0.0125mol/（L?min），
平衡常数K=

c(CH3OH)

c(CO)?c2(H2)

=

0.25mol/L

0.25mol/L×(0.5mol/L)2

=4（mol/L）^-2，
对于该放热反应，温度升高，化学平衡常数会减小，故答案为：0.0125mol/（L?min）；4（mol/L）^-2；减小；
（3）A、容器内气体的平均摩尔质量等于总质量初一总物质的量，质量是守恒的保持不变，但是n变化，当气体的平均摩尔质量不变了，证明达到平衡，故A正确；
B、v（H₂）_正=2v（CH₃OH）_逆才能说明正逆反应速率相等，化学反应达到平衡，故B错误；
C、反应是前后气体体积变化的反应，容器中气体的压强保持不变，证明达到了平衡，故C正确；
D、单位时间内生成nmolCO的同时生成2nmolH₂，不能说明正逆反应速率相等，不一定平衡，故D错误．
故选AC．
（4）A、甲、乙相比较，把甲等效为开始加入1molCH₃OH，和乙是等效的，甲相对于乙而言压强增大了，所以甲醇的浓度c₁＞c₂，故A错误；
B、甲、丙相比较，把甲等效为开始加入1molCH₃OH，丙中甲醇的物质的量为甲的2倍，压强增大，对于反应CH₃OH（g）?CO（g）+2H₂（g），平衡向生成甲醇的方向移动，故2Q₁＞Q₃，故B错误；
C、甲、丙温度相等，化学平衡常数相等，故C正确；
D、甲、乙处于相同的平衡状态，则α₁+α₂=1，由C的分析可知α₂＞α₃，所以a₁+a₃＜1，故D正确，
故答案为：CD．
（5）反应前后气体总质量不变，同温、同压下，达到平衡时，气体密度增大，即气体体积缩小；平衡时混合气体密度是同温同压下起始时的

4

3

倍，则总物质的量变为原先的0.75倍，总物质的量=4×0.75=3mol，反应前后减少了3mol，即化学反应向着正反应方向进行，所以正反应速率大，即
设反应生成甲醇Xmol，则2H₂（g）+CO（g）?CH₃OH（g）
    初始物质的量：2      1          1
         变化量：2X      X         X
         平衡量：2-2X    1-X       1+X
 则：

4

4-2X

=

4

3

，解得X=0.5，所以平衡时甲醇的物质的量是1.5mol，故答案为：＞；平衡时混合气体密度是同温同压下起始时的

4

3

倍，则总物质的量变为原先的0.75倍，反应向着气体物质的量减小的方向进行，即向着正方向进行；1.5．

点评：本题涉及化学反应的焓变和化学键键能之间的关系、化学反应速率和平衡、等效平衡以及化学平衡的有关计算知识，综合性强，难度大．