Question

20．甲醇可作为燃料电池的原料．通过下列反应可以制备甲醇：CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）△H=-90.8kJ•mol^-1在一容积可变的密闭容器中充入10mol CO 和20mol H₂，CO的平衡转化率随温度（T）、压强（P）的变化如图所示，当达到平衡状态A时，容器的体积为20L．
（1）T₁℃反应的平衡常数为4．
（2）图中P₁＜ P₂（填“＞”、“＜”或“=”）．
（3）如反应开始时仍充入10mol CO和20mol H₂，则在平衡状态B 时容器的体积V（B）=4L．
（4）关于反应CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）在化学平衡状态时的描述正确的是AD（填字母，下同）．
A．CO 的含量保持不变             
B．容器中CH₃OH 浓度与H₂ 浓度相等
C．2v_正（CH₃OH）=v _正（H₂）      
D．容器中混合气体的平均相对分子质量保持不变
（5）已知CO₂（g）+H₂（g）?CO（g）+H₂O（g）△H=+41.3kJ•mol^-1，试写出由CO₂和H₂制取气态甲醇和气态水的热化学方程式CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）△H=-49.5kJ•mol^-1．

Answer 1

分析 （1）结合图象T₁、P₁状态下CO的转化率为0.5，根据三段式列式计算反应平衡时个物质的量，计算K；
（2）正反应方向为气体体积减小的方向，T₁℃时比较CO的转化率，转化率越大，则压强越大；
（3）A、B反应温度相等，则平衡常数相等，根据三段式列出B状态下各组分浓度，利用平衡常数计算；
（4）根据化学平衡状态的特征：正逆反应速率相同，各成分浓度保持不变分析判断选项；
（5）已知：①CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）△H=-90.8kJ•mol^-1
②CO₂（g）+H₂（g）?CO（g）+H₂O（g）△H=+41.3kJ•mol^-1
根据盖斯定律，①+②可得．

解答 解：（1）分析图象可知，A状态下CO的转化率为0.5，则CO转化了10mol×0.5=5mol，根据三段式：
                      CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH
起始物质的量：10            20               0
转化物质的量：5             10               5  
平衡物质的量：5             10               5
当达到平衡状态A时，容器的体积为20L．则平衡常数K=$\frac{5mol÷20L}{（5mol÷20L）•（10mol÷20L）^2}$=4；
故答案为：4；
（2）正反应方向为气体体积减小的方向，T₁℃时比较CO的转化率，转化率越大，则压强越大，图象中P₂转化率大于P₁，可知P₁＜P₂；
故答案为：＜；
（3）分析图象得B点时CO的转化率为0.8，根据三段式：
                    CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）
起始（mol）：10     20         0
转化（mol）：8      16         8
平衡（mol）：2       4         8
设体积为VL，A、B两容器温度相同，即化学平衡常数相等，则有K=$\frac{（8÷V）}{（2÷V）•（4÷V）^2}$=4，解得V=4L；
故答案为：4；
（4）A．CO的含量保持不变，说明反应达到平衡，故A正确；
B．容器中CH₃OH浓度与CO浓度相等，与消耗量和起始量有关反应不一定达到平衡，故B错误；
C．反应速率之比等于化学方程式系数之比是正反应速率之比，2V_正（CH₃OH）=V_正（H₂），均是指正反应速率，不能判断达到化学平衡状态，故C错误；
D．混合气体质量不变，反应前后体积不同，反应过程中密度变化，容器中混合气体的密度保持不变说明反应达到平衡，故D正确；
故答案为：AD；
（5）已知：①CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）△H=-90.8kJ•mol^-1
②CO₂（g）+H₂（g）?CO（g）+H₂O（g）△H=+41.3kJ•mol^-1
根据盖斯定律，①+②可得：CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）△H=-49.5 kJ•mol^-1；
故答案为：CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）△H=-49.5 kJ•mol^-1

点评 本题考查盖斯定律，图象分析以及三段式计算的应用等，考查范围广，难度中等，对于化学平衡状态的判断和电极反应式是高考的热点，能够熟练应用．