Question

13．能源问题日益成为制约国际社会经济发展的瓶颈．甲醇是一种可再生能源，具有广泛的开发和应用前景，因此甲醇被称为2l世纪的新型燃料．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b（填“a”或“b”）表示使用了催化剂；该反应属于放热（填“吸热”或“放热”）反应．
（2）根据“图2”判断，下列说法不正确的是AB．
A．起始充入的CO为1mol           B．增加CO浓度，CO的转化率增大
C．容器中压强恒定时，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1molCO和2molH₂，再次达到平衡时$\frac{n（C{H}_{3}OH）}{n（CO）}$会增大
（3）从反应开始到建立平衡，v（H₂）=0.15mol/（L•min）；该温度下CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）的化学平衡常数为12．若保持其他条件不变，向平衡体系中再充入0.5mol CO、lmolH₂、1.5molCH₃OH，此反应进行的方向为正反应方向（填“正反应方向”或“逆反应方向）”．
（4）请在“图3”中画出平衡时甲醇蒸气百分含量（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、p₂，且p₁＞p₂）．
（5）科学家常用量热剂来直接测定某一反应的反应热，现测得：CH₃OH（g）+$\frac{3}{2}$O₂
（g）=CO₂（g）+2H₂O（g）△H=-192.9kJ/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（g）+$\frac{3}{2}$O₂（g）=CO₂（g）+2H₂O（l）△H=-280.9kJ/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）CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）．
A．根据n=cV计算；
B．增加CO浓度，H₂的转化率增大；
C．反应前后压强不变，说明气体的物质的量不变；
D．增大压强平衡正向移动；
（3）根据CO的浓度变化求出氢气的浓度变化，再根据v=$\frac{△c}{t}$；利用各物质平衡的浓度来计算化学平衡常数；若保持0.5其他条件不变，向平衡体系中再充入0.5mol CO、lmolH₂、1.5molCH₃OH，根据Qc与k的相对大小判断；
（4）根据温度和压强对该反应的影响来分析；
（5）32g的CH₃OH的物质的量为1mol，结合盖斯定律计算．

解答 解：（1）加入催化剂，可降低反应的活化能，由图象可知b活化能较低，应加入催化剂；反应物的总能量大于生成物的总能量，所以该反应属于放热反应；
故答案为：b；放热；
（2）CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）．
A．体积为2L，起始时CO的浓度为1mol/L，则n=cV=2mol，即起始充入的CO为2mol，故A错误；
B．增加CO浓度，H₂的转化率增大，CO的转化率会减小，故B错误；
C．该反应前后计量数不相同，反应前后压强不变，说明气体的物质的量不变，所以反应已达平衡状态，故C正确；
D．该反应为气体物质的量减小的反应，增大压强平衡正向移动，则甲醇的物质的量增大，CO的物质的量减小，所以平衡时$\frac{n（C{H}_{3}OH）}{n（CO）}$会增大；
故答案为：AB；
（3）从反应开始到建立平衡，平衡时：c（CO）=0.25mol/L，c（CH₃OH）=0.75mol/L，则消耗n（CO）=0.75mol/L×2L=1.5mol，消耗的n（H₂）=3mol，
平衡时c（H₂）=$\frac{4mol-3mol}{2L}$=0.5mol/L，v（H₂）=$\frac{\frac{3mol}{2L}}{10min}$=0.15mol/（L•min）；
k=$\frac{0.75}{0.25×0．{5}^{2}}$=12；
若保持其他条件不变，向平衡体系中再充入0.5mol CO、lmolH₂、1.5molCH₃OH，此时容器中各物质的浓度为c（CO）=0.5mol/L，c（CH₃OH）=1.5mol/L，c（H₂）=1mol/L，Qc=$\frac{1.5}{0.5×{1}^{2}}$=3＜k，反应未达到平衡状态，所以反应向正反应方向进行；
故答案为：0.15mol/（L•min）；12；正反应方向；
（4）增大压强，平衡向正反应方向移动，则甲醇的百分含量增大，温度升高，平衡向逆反应方向移动，甲醇的百分含量降低，则图象可为，
故答案为：；
（5）①CH₃OH（g）+$\frac{3}{2}$O₂=CO₂（g）+2H₂O（g）△H=-192.9KJ/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
△H=（-192.9kJ/mol）-44KJ/mol×2=-280.9kJ/mol，
故答案为：CH₃OH（g）+$\frac{3}{2}$O₂（g）=CO₂（g）+2H₂O（l）△H=-280.9kJ/mol．

点评 本题考查了热化学方程式书写方法与盖斯定律的计算、化学平衡的影响因素分析判断、平衡常数计算应用等，题目涉及的知识点较多，掌握基础是解题关键，题目难度中等，侧重于考查学生的分析能力和计算能力．