Question

15．甲醇是一种重要的可再生能源．
（1）已知2CH₄（g）+O₂（g）=2CO（g）+4H₂（g）△H=a kJ/mol
CO（g）+2H₂（g）=CH₃OH（g）△H=b kJ/mol
试写出由CH₄和O₂制取甲醇的热化学方程式：2CH₄（g）+O₂（g）=2CH₃OH（g）△H=（a+2b）kJ/mol．
（2）还可以通过下列反应制备甲醇：CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）．
甲图是反应时CO和CH₃OH（g）的浓度随时间的变化情况．从反应开始到达平衡，用H₂表示平均反应速率υ（H₂）=_{0.15mol/（L•min）}．

（3）在一容积可变的密闭容器中充入10mol CO和20mol H₂，CO的平衡转化率随温度（T）、压强（P）的变化如乙图所示．
①下列说法能够判断该反应达到化学平衡状态的是BCD．
A．H₂的消耗速率等于CH₃OH的生成速率的2倍
B．H₂的体积分数不再改变
C．体系中混合气体的密度不再改变
D．体系中气体的平均摩尔质量不再改变
②A、B、C三点化学反应速率由大到小顺序是υ（C）＞υ（B）＞υ（A）．
（4）CO在不同温度下的平衡转化率与压强的关系如图丙所示．该反应的逆反应△H＜0（填“＞”或“＜”）．实际生产条件控制在250℃、1.3×10⁴kPa左右，选择此压强的理由是在1.3×10⁴kPa下，CO的转化率已经很高，如果增加压强CO的转化率提高不大，而生产成本增加，经济效益低．

Answer 1

分析 （1）利用盖斯定律，1式加2式的二倍即可得到该方程式及焓变；
（2）根据反应速率v=$\frac{△c}{△t}$，结合物质表示的反应速率之比等于物质前边的系数之比来计算；
（3）①平衡标志是正逆反应速率相同，各成分浓度保持不变分析判断选项；
②正反应方向为气体体积减小的方向，T₁℃时比较CO的转化率，转化率越大，则压强越大；
（4）从横坐标上一点，画一条平行于纵坐标的虚线，看相同压强下不同温度时CO的平衡转化率，温度越低转化率越低，说明，升温时平衡向逆向移动．

解答 解：（1）已知①2CH₄（g）+O₂（g）=2CO（g）+4H₂（g）△H=a KJ/mol
②CO（g）+2H₂（g）=CH₃OH（g）△H=b KJ/mol，①+②×2可得到2CH₄（g）+O₂（g）=2CH₃OH（g）△H=（a+2b）kJ/mol，故答案为：2CH₄（g）+O₂（g）=2CH₃OH（g）△H=（a+2b）kJ/mol；
（2）用甲醇表示的反应速率v=$\frac{0.75mol/L}{10min}$=0.075mol/（L•min），氢气表示的反应速率是甲醇的2倍，即0.15mol/（L•min），故答案为：0.15mol/（L•min）；
（3）①A．H₂的消耗速率等于CH₃OH的生成速率的2倍，不能说明正逆反应速率相等，不一定平衡，故A错误；
B．H₂的体积分数不再改变是化学平衡的特征，达到了平衡，故B正确；
C．体系中混合气体的密度不再改变，说明气体的物质的量不变反应达平衡状态，故C正确；
D．体系中气体的平均摩尔质量等于质量和物质的量的比值，物质的量变化，质量不变，所以当体系中气体的平均摩尔质量不再改变，证明达到了平衡，故D正确．
故选BCD；
②正反应方向为气体体积减小的方向，T₁℃时比较CO的转化率，转化率越大，则压强越大，图象中P_B转化率大于P_A，可知P_A＜P_B，温度越高反应速率越快，压强越大反应速率越快，所以υ（C）＞υ（B）＞υ（A），故答案为：υ（C）＞υ（B）＞υ（A）；
（4）从横坐标上一点0.5处，画一条平行于纵坐标的虚线，看相同压强下不同温度时CO的平衡转化率，温度越高转化率越低，说明，升温时平衡向逆向移动．
第二问：实际生产条件控制在250℃、1.3×10⁴kPa左右，选择此压强的理由是工业生产要考虑速经济效益，要考虑速度和效率，压强越大需要的条件越高，花费越大．
故答案为：＜；在1.3×10⁴kPa下，CO的转化率已经很高，如果增加压强CO的转化率提高不大，而生产成本增加，经济效益低．

点评 本题考查了学生的识图能力，学会定一议二法分析图象得方法，这是学生必备的能力，题目难度中等．