Question

已知CO₂可以生產(chǎn)綠色燃料甲醇．
CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）△H=-187.4kJ?mol^-1．300℃時(shí)．密閉容器中，
當(dāng)c（CO₂）=1.00mol?L^-1、c（H₂）=1.60mol?L^-1開(kāi)始反應(yīng)，結(jié)果如右圖所示，回答下列問(wèn)題：
（1）使用催化劑I時(shí)，反應(yīng)在10小時(shí)內(nèi)的平均反應(yīng)速率：
v（H₂）=

 

mol?（L?h）^-1．
（2）下列敘述正確的是

 

．
A、當(dāng)容器內(nèi)氣體的密度不再改變時(shí)，反應(yīng)不一定達(dá)到平衡狀態(tài)
B、充入氬氣增大壓強(qiáng)有利于提高CO₂的轉(zhuǎn)化率
C、CO₂平衡轉(zhuǎn)化率：在上述反應(yīng)條件下，催化劑Ⅱ比催化劑Ⅰ高
D、催化效率：在上述反應(yīng)條件下，催化劑Ⅱ比催化劑Ⅰ高
（3）根椐圖中數(shù)據(jù)，計(jì)算此反應(yīng)在300℃時(shí)的平衡常數(shù)．

 

（寫(xiě)出計(jì)算過(guò)程）
（4）將上述平衡體系升溫至400℃，平衡常數(shù)K（400℃）

 

 K（300℃） （填＜、=或＞）．
（5）已知：2H₂（g）+O₂（g）=2H₂O（g）△H=-242.8kJ?mol^-1
則反應(yīng)2CH₃OH（g）+3O₂（g）=2CO₂（g）+4H₂O（g）；△H=

 

kJ?mol^-1．

Answer 1

分析：（1）根據(jù)反應(yīng)在10小時(shí)內(nèi)二氧化碳的轉(zhuǎn)化率計(jì)算出消耗二氧化碳的物質(zhì)的量濃度，再計(jì)算出用二氧化碳表示的平均反應(yīng)速率，最后根據(jù)反應(yīng)速率與化學(xué)計(jì)量數(shù)的關(guān)系計(jì)算出用氫氣表示的反應(yīng)速率；
（2）A、該反應(yīng)兩邊都是氣體，容器容積不變，所以密度始終不變；
B、充入稀有氣體，不影響反應(yīng)體系中各組分濃度，化學(xué)平衡不移動(dòng)；
C、催化劑只影響反應(yīng)速率，不影響化學(xué)平衡；
D、根據(jù)圖示可知，在催化劑Ⅱ作用下的反應(yīng)速率大于比催化劑Ⅰ作用下的反應(yīng)速率；
（3）根據(jù)圖象中達(dá)到平衡狀態(tài)時(shí)二氧化碳的轉(zhuǎn)化率、利用化學(xué)平衡三段式求算出達(dá)到平衡狀態(tài)時(shí)各組分的濃度，然后利用平衡常數(shù)表達(dá)式計(jì)算出該溫度下的平衡常數(shù)；
（4）該反應(yīng)為放熱反應(yīng)，溫度升高，化學(xué)平衡向著逆向移動(dòng)，化學(xué)平衡常數(shù)減��；
（5）根據(jù)題中熱化學(xué)方程式及蓋斯定律計(jì)算出反應(yīng)2CH₃OH（g）+3O₂（g）=2CO₂（g）+4H₂O（g）的焓變．

解答：解：（1）用催化劑I時(shí)，反應(yīng)在10小時(shí)內(nèi)二氧化碳的轉(zhuǎn)化率為0.18，二氧化碳的濃度變化為：1.00mol?L^-1×0.18=0.18mol/L，則反應(yīng)在10小時(shí)內(nèi)二氧化碳的平均反應(yīng)速率為：v（CO₂）=

0.18mol/L

10h

=0.018mol?（L?h）^-1，則v（H₂）=3v（CO₂）=0.054mol?（L?h）^-1，
故答案為：0.054；
（2）A、該反應(yīng)前后氣體的質(zhì)量不變，容器的容積固定，所以混合氣體的密度始終不變，故當(dāng)容器內(nèi)氣體的密度不再改變時(shí)，反應(yīng)不一定達(dá)到平衡狀態(tài)，故A正確；
B、充入氬氣增大壓強(qiáng)，但是反應(yīng)體系中各組分的濃度不變，化學(xué)平衡不發(fā)生移動(dòng)，所以CO₂的轉(zhuǎn)化率不變，故B錯(cuò)誤；
C、催化劑不影響化學(xué)平衡，所以CO₂平衡轉(zhuǎn)化率在上述反應(yīng)條件下，催化劑Ⅱ與催化劑Ⅰ的轉(zhuǎn)化率相等，故C錯(cuò)誤；
D、在上述反應(yīng)條件下，催化劑Ⅱ的反應(yīng)速率大于催化劑Ⅰ的，說(shuō)明催化劑Ⅱ比催化劑Ⅰ的催化效率高，故D正確；
故選AD；
（3）CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）
起始濃度（mol/L）1.00     1.60      0         0
變化濃度（mol/L）0.20      0.60     0.20      0.20
平衡濃度（mol/L）0.80      1.0      0.20      0.20
K=

c(CH3OH)×c(H2O)

c(CO2)×c3(H2)

=

0.20mol/L×0.20mol/L

0.80mol/L×(1.0mol/L)3

=0.050L²?mol^-2，
故答案為：0.050 L²?mol^-2；
（4）由于該反應(yīng)為放熱反應(yīng)，溫度增大，化學(xué)平衡向著逆向移動(dòng)，反應(yīng)物濃度減小，生成物濃度增大，化學(xué)平衡常數(shù)增大，故平衡常數(shù)K（400℃）＜K（300℃），
故答案為：＜；        
（5）CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）△H=-187.4kJ?mol^-1①
2H₂（g）+O₂（g）=2H₂O（g）△H=-242.8kJ?mol^-1②
由蓋斯定律：②×3-①×2可得：2CH₃OH（g）+3O₂（g）=2CO₂（g）+4H₂O（g）；△H=（-242.8kJ?mol^-1）×3-（-187.4kJ?mol^-1）×2=-353.6kJ?mol^-1
故答案為：-353.6．

點(diǎn)評(píng)：本題考查了化學(xué)反應(yīng)速率、化學(xué)平衡常數(shù)的計(jì)算、影響化學(xué)反應(yīng)速率因素、熱化學(xué)方程式書(shū)寫(xiě)及蓋斯定律的應(yīng)用等知識(shí)，題目難度中等，注意掌握化學(xué)反應(yīng)速率、化學(xué)平衡常數(shù)的表達(dá)式及計(jì)算方法，明確蓋斯定律的含義及其應(yīng)用方法．