Question

14．能源短缺是人类面临的重大问题．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21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n（CH₃OH）/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．若保持其它条件不变，将反应体系升温，则该反应的化学平衡常数将减小（填“增大”、“减小”或“不变”）．
（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）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）加入催化剂，可降低反应的活化能；由图可知，反应物的总能量大于生成物的总能量，则反应为放热反应，
（2）A．CO的起始浓度为1moL/L，体积为2L，根据n=cV计算CO起始物质的量；
B．增加CO浓度，平衡向正方向移动，H₂的转化率增大，自身转化率降低；
C．由于反应前后气体的体积不等，则容器中压强恒定时，反应已达到平衡状态；
D．保持温度和密闭容器容积不变，再充入1mol CO和2mol H₂，相当于在原来的基础上缩小体积，压强增大，平衡向正反应方向移动；
（3）10min到达平衡，平衡时c（CO）=0.25mol/L，c（CH₃OH）=0.75mol/L，则△c（CO）=0.75mol/L，△c（H₂）=2△c（CO）=1.5mol/L，平衡时c（H₂）=$\frac{4mol}{2L}$-1.5mol/L=0.5mol/L，
根据v=$\frac{△c}{△t}$计算（H₂），平衡常数K=$\frac{c（C{H}_{3}OH）}{c（CO）×{c}^{2}（{H}_{2}）}$；
正反应为放热反应，若保持其它条件不变，将反应体系升温，平衡逆向移动；
（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；
（5）32g的CH₃OH的物质的量为1mol，
已知：①CH₃OH（g）+$\frac{3}{2}$O₂=CO₂（g）+2H₂O（g）△H=-192.9KJ/mol，
②H₂O（l）=H₂O（g）△=+44KJ/mol，
根据盖斯定律，①-②×2可得CH₃OH（g）+$\frac{3}{2}$O₂（g）=CO₂（g）+2H₂O．

解答 解：（1）由图象可知b活化能较低，应加入催化剂，由图可知，反应物的总能量大于生成物的总能量，则反应为放热反应，故答案为：b；放热；
（2）A．CO的起始浓度为1moL/L，体积为2L，则起始充入的CO为2mol，故A错误；
B．增加CO浓度，平衡向正方向移动，H₂的转化率增大，CO的转化率降低，故B错误；
C．由于反应前后气体的体积不等，则容器中压强恒定时，反应已达到平衡状态，故C正确；
D．保持温度和密闭容器容积不变，再充入1mol CO和2mol H₂，相当于在原来的基础上缩小体积，压强增大，平衡向正反应方向移动，则平衡时n（CH₃OH）/n（CO）会增大，故D正确，
故答案为：AB；
（3）10min到达平衡，平衡时c（CO）=0.25mol/L，c（CH₃OH）=0.75mol/L，则△c（CO）=0.75mol/L，△c（H₂）=2△c（CO）=1.5mol/L，平衡时c（H₂）=$\frac{4mol}{2L}$-1.5mol/L=0.5mol/L，
则v（H₂）=$\frac{1.5mol/L}{10min}$=0.15moL/（L•min），平衡常数K=$\frac{c（C{H}_{3}OH）}{c（CO）×{c}^{2}（{H}_{2}）}$=$\frac{0.75}{0.25×0．{5}^{2}}$=12；
正反应为放热反应，若保持其它条件不变，将反应体系升温，平衡逆向移动，则该反应的化学平衡常数将减小，
故答案为：0.15moL/（L•min）；12；减小；
（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）32g的CH₃OH的物质的量为1mol，
已知：①CH₃OH（g）+$\frac{3}{2}$O₂=CO₂（g）+2H₂O（g）△H=-192.9KJ/mol，
②H₂O（l）=H₂O（g）△=+44KJ/mol，
根据盖斯定律，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 本题考查化学平衡的计算及影响因素、化学反应与能量变化等问题，注意反应物与生成物总能量与反应热的关系，催化剂只改变反应的活化能，但不能改变反应热，题目难度中等．