Question

7．节能减排已经成为全社会的共识，浙江省在原先推行乙醇汽油的基础上，开始试点甲醇汽油（即在汽油中添加一定量的甲醇），根据检测的数据分析认为，若宁波全市的140余万辆机动车全部使用甲醇汽油，一年内能减少有害气体（一氧化碳）排放将近100万吨．甲醇常利用煤气化过程中生成的CO和H₂来制备：CO+2H₂?CH₃OH．请根据图示回答下列：

（1）关于该反应的下列说法中，正确的是C（填字母）：
A．△H＞0，△S＞0                 B．△H＞0，△S＜0
C．△H＜0，△S＜0                 D．△H＜0，△S＞0
（2）现进行如下实验，在体积为1L的密闭容器中，充入1molCO和3molH₂，净测得CO和CH₃OH（g）的浓度随时间变化如（图1）所示．从反应开始到平衡，CO的平均反应速率v（CO）=0.075mol/（L．min），
该反应的平衡常数K=$\frac{4}{3}$．
（3）恒容条件下，达到平衡后，下列措施中能使$\frac{n（C{H}_{3}OH）}{n（CO）}$增大的有C．
A．升高温度     B．充入He气    C．再冲入1molCO和3molH₂  D．使用催化剂
（4）若在一体积可变的密闭容器中充入1molCO、2molH₂和1molCH₃OH，达到平衡时测的混合气体的密度是同温同压下起始的1.6倍，则平衡时混合气体的平均摩尔质量=25.6g/mol．
（5）工业上用水煤气来合成有机燃料，例如：CO（g）+2H₂（g）$\stackrel{一定条件}{?}$CH₃OH（g）△H=-91kJ/mol某同学在不同实验条件下模拟化工生产进行实验，H₂浓度随时间变化如图2：
①实验I比实验II达到平衡所用的时间长．（填“长”“短”或“相等”）
②实验III比实验I的温度要高，其它条件相同，请在图2中画出实验I和实验III中H₂浓度随时间变化的示意图．

Answer 1

分析 （1）该反应为气体体积减小的反应，所以该反应△S＜0，△H-T△S＜0反应自发进行；
（2）由图可知，10min到达平衡，平衡时CO浓度为0.25mol/L，则△c（CO）=（1.00-0.25）mol/L=0.75mol/L，则平衡时c（CH₃OH）=△c（CO）=0.75mol/L，平衡时c（H₂）=3mol/L-2△c（CO）=1.5mol/L，
根据v=$\frac{△c}{△t}$计算v（CO），平衡常数K=$\frac{c（C{H}_{3}OH）}{c（CO）×{c}^{2}（{H}_{2}）}$；
（3）使平衡体系中$\frac{n（C{H}_{3}OH）}{n（CO）}$增大，可以使平衡正向移动，注意不能增大CO或降低甲醇的量，也可能增大甲醇的量，使平衡逆向移动；
（4）同温同压下，气体的密度之比等于摩尔质量之比；
（5）①与实验Ⅰ比较，实验Ⅱ达到平衡时间长；
②正反应放热，升高温度平衡向逆反应方向移动，氨气的转化率减小．

解答 解：（1）该反应为气体体积减小的反应，所以该反应△S＜0，△H-T△S＜0反应自发进行，所以△H＜0，故选：C；
（2）由图可知，10min到达平衡，平衡时CO浓度为0.25mol/L，则△c（CO）=（1.00-0.25）mol/L=0.75mol/L，则平衡时c（CH₃OH）=△c（CO）=0.75mol/L，平衡时c（H₂）=3mol/L-2△c（CO）=1.5mol/L，则：v（CO）=$\frac{0.75mol/L}{10min}$=0.075mol/（L．min），平衡常数K=$\frac{c（C{H}_{3}OH）}{c（CO）×{c}^{2}（{H}_{2}）}$=$\frac{0.75}{0.25×1．{5}^{2}}$=$\frac{4}{3}$，
故答案为：0.075mol/（L．min）；$\frac{4}{3}$；
（3）A．正反应为放热反应，升高温度平衡逆向移动，$\frac{n（C{H}_{3}OH）}{n（CO）}$减小，故A错误；
B．充入He气体，恒温恒容下，各物质浓度不变，平衡不移动，则$\frac{n（C{H}_{3}OH）}{n（CO）}$不变，故B错误；
C．再冲入1molCO和3molH₂，等效为增大压强，平衡正向移动，$\frac{n（C{H}_{3}OH）}{n（CO）}$增大，故C正确；
D．使用催化剂可以加快反应速率，不影响平衡移动，$\frac{n（C{H}_{3}OH）}{n（CO）}$不变，故D错误，
故选：C；
（4）开始通入1molCO、2molH₂和1molCH₃OH，平均摩尔质量=$\frac{1×28+2×2+1×32}{1+2+1}$g/mol=16g/mol，同温同压下，气体的密度之比等于摩尔质量之比，故平衡时混合气体的平均摩尔质量=1.6×16g/mol=25.6g/mol，
故答案为：25.6；
（5）①与实验Ⅰ比较，实验Ⅱ达到平衡时间长，故答案为：长；
②正反应放热，升高温度反应速率加快，平衡向逆反应方向移动，氢气的平浓度增大，图象，故答案为：．

点评 本题考查较为综合，涉及反应速率的计算、平衡常数、化学反应速率的影响因素、化学平衡问题，侧重于学生的分析能力和计算能力的考查，为高频考点，注意把握化学平衡常数的应用以及平衡移动的影响因素，难度中等．