Question

10．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．

（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、放热）反应．
（2）下列说法正确的是AC
A．起始充入的CO为2mol
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．恒温恒容时，再充入1molCO和2molH₂，再次达到平衡时$\frac{n（C{H}_{3}OH）}{n（CO）}$会减小
（3）从反应开始到建立平衡，v（H₂）=0.15mol•L^-1•min^-1；该温度下CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）的化学平衡常数为12 L²•mol^-2．若保持其它条件不变，将反应体系升温，则该反应化学平衡常数减小（填“增大”、“减小”或“不变”）．
（4）已知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）A、由图2利用转化的CO和平衡时CO的量来分析；
B、增加CO浓度，会促进氢气的转化，但本身的转化率降低；
C、该反应为反应前后压强不等的反应；
D、再充入1molCO和2molH₂，体积不变，则压强增大，平衡正向移动；
（3）由图2计算用CO表示的反应速率，再利用反应速率之比等于化学计量数之比来计算氢气的反应速率，利用各物质平衡的浓度来计算化学平衡常数；根据温度升高，平衡逆向移动，反应物的浓度增大，生成物的浓度减少，平衡常数减小；
（4）32g的CH₃OH的物质的量为1mol，结合盖斯定律计算．

解答 解：（1）由图可知，曲线b降低了反应所需的活化能，则b使用了催化剂，又该反应中反应物的总能量大于生成物的总能量，则该反应为放热反应，
故答案为：b；放热；
（2）A、由图2可知生成0.75mol/LCH₃OH，则反应了0.75mol/LCO，平衡时有0.25mol/LCO，即CO的起始物质的量为（0.75mol/l+0.25mol/L）×2L=2mol，故A正确；
B、增加CO浓度，会促进氢气的转化，氢气的转化率增大，但CO的转化率减小，故B错误；
C、该反应为反应前后压强不等的反应，则压强不变时，该反应达到平衡状态，故C正确；
D、再充入1molCO和2molH₂，体积不变，则压强增大，平衡正向移动，再次达到平衡时n（CH₃OH）/n（CO）会增大，故D错误；
故答案为：AC；
（3）由图2可知，反应中减小的CO的浓度为1mol/L-0.25mol/L=0.75mol/L，10min时达到平衡，
则用CO表示的化学反应速率为$\frac{0.75mol/L}{10min}$=0.075mol•L^-1•min^-1，
因反应速率之比等于化学计量数之比，则v（H₂）=0.075mol•L^-1•min^-1×2=0.15mol•L^-1•min^-1；
                      CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）
开始（mol/L） 1              2                  0
转化（mol/L） 0.75        1.5               0.75
平衡（mol/L） 0.25         0.5               0.75
则化学平衡常数K═$\frac{0.75mol/L}{0.25mol/L×（0.5mol/L）^{2}}$=12L²•mol^-2；
因温度升高，平衡逆向移动，反应物的浓度增大，生成物的浓度减少，平衡常数减小；
故答案为：0.15mol•L^-1•min^-1；12L²•mol^-2； 减小；
（4）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 本题考查化学反应速率、化学平衡及能量变化，学生应注意图象的利用来分析解决问题，图象中的信息是解答本题的关键，反应热与焓变，注意盖斯定律应用，为高频考点，题目难度中等．