题目内容

19．开发、使用清洁能源发展“低碳经济”，正成为科学家研究的主要课题．氢气、甲醇是优质的清洁燃料
Ⅰ、已知：①2CH3OH（1）+3O2（g）=2CO2（g）+4H2O（g）△H1=-1275.6kJ/mol
②2CO（g）+O2（g）=2CO2（g）△H2=-566.0kJ/mol
③H2O（g）=H2O（1）△H3=-44.0kJ/mol
写出甲醇不完全燃烧生成一氧化碳和液态水的热化学方程式：CH3OH（1）+O2（g）=CO（g）+2H2O（1）△H=-442.8kJ•mol-1．
Ⅱ、工业上采用下列反应合成甲醇：CO（g）+2H2（g）═CH3OH（g）△H=Q kJ/mol
（1）下列一定能说明该可逆反应达到化学平衡状态的是（填字母序号）CD．
A．生成CH3OH的速率与消耗CO的速率相等     B．混合气体的密度不变
C．CH3OH、CO、H2的浓度都不再发生变化      D．混合气体的平均相对分子质量不变
（2）如表所列数据是该可逆反应在不同温度下的化学平衡常数（K）．
温度250℃300℃350℃
K2.0410.2700.012
①由表中数据判断Q＜0（填“＞”、“＜”或“=”）．
②某温度下，将2molCO和6molH2充入2L的密闭容器中，充分反应后，达到平衡测得c（CO）=0.2mol/L，此时对应的温度为250℃℃；CO的转化率为80%；
（3）一定温度下，将1mol CO和3molH2分别充入容积均为1L的甲（恒压）、乙（恒容）密闭容器中．若经过60s乙容器中反应达到平衡，则甲容器中达到平衡时所需的时间＜60s（填“＞”、“＜”或“=”）．
（4）要提高CO的转化率并且提高反应速率，可采取的措施是D（填字母）．
A．升温        B．加入催化剂       C．增加CO的浓度
D．体积不变通入H2     E．体积不变通入惰性气体   F．分离出甲醇．

分析 Ⅰ、已知：①2CH3OH（1）+3O2（g）=2CO2（g）+4H2O（g）△H1=-1275.6kJ/mol
②2CO（g）+O2（g）=2CO2（g）△H2=-566.0kJ/mol
③H2O（g）=H2O（1）△H3=-44.0kJ/mol
根据盖斯定律，①×$\frac{1}{2}$-②×$\frac{1}{2}$+③×2得：CH3OH（1）+O2（g）=CO（g）+2H2O（1），据此书写目标热化学方程式；
Ⅱ、（1）A、CH3OH的生成速率与CO的消耗速率都表示正反应速率；
B、反应中各物质都为气体，容器的体积不变，混合气体的总质量不变，密度自始至终为定值；
C、可逆反应得到平衡，反应混合物的浓度、含量为定值；
D、混合气体的总质量不变，随反应进行，混合气体的总的物质的量减小，即平均相对分子质量增大，最后为定值；
（2）①由表中数据可知，温度越高，平衡常数越小，说明升高温度平衡向逆反应移动，升高温度平衡向吸热反应移动；
②计算平衡时CO的物质的量，n开始（CO）-n平衡（CO）=n转化（CO），利用转化率定义计算CO的转化率；
计算该温度下的平衡常数，对比表中数据判断温度；
（3）该反应为气体体积减小的反应，将1mol CO和3molH2分别充入容积均为1L的甲（恒压）、乙（恒容）密闭容器中，反应过程中甲的压强大于乙，根据压强对反应速率的影响答题；
（4）要提高CO的转化率，平衡应向正反应移动，据此结合选项分析判断，注意若只增大CO浓度，平衡向正反应移动，CO的转化率降低；

解答 解：Ⅰ、已知：①2CH3OH（1）+3O2（g）=2CO2（g）+4H2O（g）△H1=-1275.6kJ/mol
②2CO（g）+O2（g）=2CO2（g）△H2=-566.0kJ/mol
③H2O（g）=H2O（1）△H3=-44.0kJ/mol
根据盖斯定律，①×$\frac{1}{2}$-②×$\frac{1}{2}$+③×2得：CH3OH（1）+O2（g）=CO（g）+2H2O（1）△H=-442.8 kJ•mol-1，
故答案为：CH3OH（1）+O2（g）=CO（g）+2H2O（1）△H=-442.8 kJ•mol-1；
Ⅱ、（1）A、CH3OH的生成速率与CO的消耗速率都表示正反应速率，自始至终反应速率都按1：1进行，不能说明到达平衡，故A错误；
B、都为气体，容器的体积不变，混合气体的总质量不变，密度自始至终为定值，不能说明可逆反应到达平衡，故B错误；
C、CH3OH、CO、H2的浓度都不再发生变化，说明可逆反应到达平衡状态，故C正确；
D、混合气体的总质量不变，随反应进行，混合气体的总的物质的量减小，即平均相对分子质量减小，最后为定值，说明可逆反应到达平衡状态，故D正确．
故选：CD；
（2）①由表中数据可知，温度越高，平衡常数越小，说明升高温度平衡向逆反应移动，升高温度平衡向吸热反应移动，故正反应为放热反应，即△H＜0，
故答案为：＜；
②某温度下，将2mol CO和6mol H2充入2L的密闭容器中，充分反应10min后，达到平衡时测得c（CO）=0.2mol/L，
平衡时CO的物质的量为0.2mol/L×2L=0.4mol，所以CO的转化率为$\frac{2mol-0.4mol}{2mol}$×100%=80%；
对于可逆反应：CO（g）+2H2（g）?CH3OH（g）
开始（mol/L）：1        3         0
变化（mol/L）：0.8       1.6        0.8      
平衡（mol/L）：0.2       1.4       0.8
所以该温度下平衡常数k=$\frac{0.8}{0.2×1．{4}^{2}}$=2.041，平衡常数只受温度影响，故该温度为250℃．
故答案为：250℃；80%；
（3）该反应为气体体积减小的反应，将1mol CO和3molH2分别充入容积均为1L的甲（恒压）、乙（恒容）密闭容器中，反应过程中甲的压强大于乙，根据压强对反应速率的影响可知，甲达到平衡所需要时间小于乙，即甲容器中达到平衡时所需的时间＜60s，
故答案为：＜；
（4）A．升高温度，平衡向逆反应移动，平衡时CO的转化率减小，故A错误；
 B．加入催化剂，缩短到达平衡时间，平衡不移动，CO转化率不变，故B错误；
C．增加CO的浓度，平衡向正反应移动，平衡时CO的转化率减小，故C错误；
D．加入H2加压，平衡向正反应移动，平衡时CO的转化率增大，并且提高反应速率，故D正确；
E．加入惰性气体加压，反应混合物的浓度不变，变化不移动，故E错误；
F．分离出甲醇，平衡向正反应移动，平衡时CO的转化率增大，但反应速率减小，故F错误．
故选：D．

点评 本题考查平衡状态判断、平衡移动、平衡常数、热化学方程式等，是化学反应速率与化学平衡的综合题目，难度不大，注重基础知识的考查．

练习册系列答案
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下列叙述正确的是（　　）
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4．强酸和强碱的稀溶液中和热可表示为：H+（aq）+OH-（aq）=H2O（l）△H=-57.3kJ/mol
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②H2SO4（aq）+Ba（OH）2（aq）=BaSO4（s）+2H2O（l）
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