Question

4．甲醇脫氧制取甲醛的原理為CH₃OH（g）?HCHO（g）+H₂（g），某科研小組在1L恒溶密閉容器中充入1molCH₃OH，對該反應(yīng)進(jìn)行了一系列的研究，得到甲醇的平衡轉(zhuǎn)化率隨溫度的變化曲線如圖所示．
回答下列問題：
（1）研究表明，該反應(yīng)的△H＞0（填“＞”“＜”或“=”），能說明該反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)的依據(jù)是bc．
a．v（CH₃OH）=v（HCHO）                   
b．H₂的濃度不再變化
c．混合氣體的平均相對分子質(zhì)量不再變化   
d．混合氣體的密度不再變化
（2）T₁K時(shí)，該反應(yīng)的平衡常數(shù)K=8.1，此溫度下，從反應(yīng)開始到平衡所經(jīng)過的時(shí)間為10s，則v（HCHO）為0.09mol•L^-1•s^-1，達(dá)到平衡后若再向此容器中再通入1.1molCH₃OH和1.1molH₂，則平衡將向正反應(yīng)方向（填“正反應(yīng)方向”或“逆反應(yīng)方向”）移動(dòng)，其原因是Qc=$\frac{0.9×（0.9+1.1）}{0.1+1.1}$=1.5＜K=8.1．
（3）600K時(shí)，Y點(diǎn)甲醇的v（正）＜（填“＞”“＜”或“=”）v（逆），理由是Y點(diǎn)的轉(zhuǎn)化率高于相同溫度下平衡點(diǎn)X的轉(zhuǎn)化率，故Y點(diǎn)反應(yīng)向逆反應(yīng)方向移動(dòng)．
（4）已知在25℃、1alm下：
    2CH₃OH（l）+3O₂（g）=2CO₂（g）+4H₂O（l）△H₁=-1415.25kJ•mol^-1
    2CH₃OH（l）+CO₂（g）=CH₃OCOOCH₃（l）+H₂O（l）△H₂=-151.72kJ•mol^-1
    則CH₃OCOOCH₃（l）+3O₂（g）=3CO₂（g）+3H₂O（l）△H₃=-1263.53kJ•mol^-1．

Answer 1

分析 （1）由圖可知，溫度越高，平衡時(shí)甲醇的轉(zhuǎn)化率越大，說明升高溫度平衡向正反應(yīng)方向移動(dòng)，則正反應(yīng)為吸熱反應(yīng)；
可逆反應(yīng)到達(dá)平衡時(shí)，正逆反應(yīng)速率相等，各組分的含量、濃度保持不變，由此衍生其它一些物理量不變，注意選擇判斷平衡的物理量應(yīng)隨反應(yīng)進(jìn)行發(fā)生變化，當(dāng)該物理量由變化到不變化，說明到達(dá)平衡；
（2）由圖可知，T₁K時(shí)甲醇的轉(zhuǎn)化率為0.9，則參加反應(yīng)甲醇的物質(zhì)的量為0.9mol，容器體積為1L，則甲醇的起始濃度為1mol/L，濃度變化量為0.9mol/L，則：
          CH₃OH（g）?HCHO（g）+H₂（g）
開始（mol）：1           0        0
轉(zhuǎn)化（mol）：0.9         0.9      0.9
平衡（mol）：0.1         0.9      0.9
代入平衡常數(shù)表達(dá)式K=$\frac{c（HCHO）×c（{H}_{2}）}{c（C{H}_{3}OH）}$計(jì)算平衡常數(shù)；
根據(jù)v=$\frac{△c}{△t}$計(jì)算v（HCHO）；
達(dá)到平衡后若再向此容器中再通入1.1molCH₃OH和1.1molH₂，計(jì)算此時(shí)的濃度商Qc，與平衡常數(shù)比較，判斷反應(yīng)進(jìn)行方向；
（3）由圖可知，Y點(diǎn)的轉(zhuǎn)化率高于相同溫度下平衡點(diǎn)X的轉(zhuǎn)化率，故Y點(diǎn)反應(yīng)向逆反應(yīng)方向移動(dòng)；
（4）由蓋斯定律，由已知熱化學(xué)方程式乘以適當(dāng)?shù)南禂?shù)進(jìn)行加減構(gòu)造目標(biāo)方程式，反應(yīng)熱也進(jìn)行相應(yīng)的計(jì)算．

解答 解：（1）由圖可知，溫度越高，平衡時(shí)甲醇的轉(zhuǎn)化率越大，說明升高溫度平衡向正反應(yīng)方向移動(dòng)，則正反應(yīng)為吸熱反應(yīng)，則△H＞0；
a．沒有指明正、逆速率，若均為正反應(yīng)反應(yīng)速率，二者反應(yīng)速率始終相等，故a錯(cuò)誤；
b．隨反應(yīng)進(jìn)行氫氣的濃度增大，當(dāng)H₂的濃度不再變化時(shí)，說明到達(dá)平衡，故b正確；
c．混合氣體的總質(zhì)量不變，隨反應(yīng)進(jìn)行總物質(zhì)的量增大，故隨反應(yīng)進(jìn)行平均相對分子質(zhì)量減小，當(dāng)平均相對分子質(zhì)量不再變化時(shí)，說明到達(dá)平衡，故c正確；
d．混合氣體總質(zhì)量不變，容器體積不變，混合氣體的密度始終不變，不能說明到達(dá)平衡，故d錯(cuò)誤，
故答案為：＞；bc；
可逆反應(yīng)到達(dá)平衡時(shí)，正逆反應(yīng)速率相等，各組分的含量、濃度保持不變，由此衍生其它一些物理量不變，注意選擇判斷平衡的物理量應(yīng)隨反應(yīng)進(jìn)行發(fā)生變化，當(dāng)該物理量由變化到不變化，說明到達(dá)平衡；
（2）由圖可知，T₁K時(shí)甲醇的轉(zhuǎn)化率為0.9，則參加反應(yīng)甲醇的物質(zhì)的量為0.9mol，容器體積為1L，則甲醇的起始濃度為1mol/L，濃度變化量為0.9mol/L，則：
          CH₃OH（g）?HCHO（g）+H₂（g）
開始（mol）：1           0        0
轉(zhuǎn)化（mol）：0.9         0.9      0.9
平衡（mol）：0.1         0.9      0.9
故T₁K時(shí)，平衡常數(shù)K=$\frac{c（HCHO）×c（{H}_{2}）}{c（C{H}_{3}OH）}$=$\frac{0.9×0.9}{0.1}$8.1，
此溫度下，從反應(yīng)開始到平衡所經(jīng)過的時(shí)間為10s，則v（HCHO）=$\frac{0.9mol/L}{10s}$=0.09mol/（L．s），
達(dá)到平衡后若再向此容器中再通入1.1molCH₃OH和1.1molH₂，此時(shí)的濃度商Qc=$\frac{0.9×（0.9+1.1）}{0.1+1.1}$=1.5＜K=8.1，平衡向正反應(yīng)方向進(jìn)行，
故答案為：8.1；0.09；正反應(yīng)方向；Qc=$\frac{0.9×（0.9+1.1）}{0.1+1.1}$=1.5＜K=8.1；
（3）由圖可知，Y點(diǎn)的轉(zhuǎn)化率高于相同溫度下平衡點(diǎn)X的轉(zhuǎn)化率，故Y點(diǎn)反應(yīng)向逆反應(yīng)方向移動(dòng)，則v（正）＜v（逆），
故答案為：＜；Y點(diǎn)的轉(zhuǎn)化率高于相同溫度下平衡點(diǎn)X的轉(zhuǎn)化率，故Y點(diǎn)反應(yīng)向逆反應(yīng)方向移動(dòng)；
（4）①2CH₃OH（l）+3O₂（g）=2CO₂（g）+4H₂O（l）△H₁=-1415.25kJ•mol^-1
    ②2CH₃OH（l）+CO₂（g）=CH₃OCOOCH₃（l）+H₂O（l）△H₂=-151.72kJ•mol^-1
將方程式①-②得CH₃OCOOCH₃（l）+3O₂（g）=3CO₂（g）+3H₂O（l）△H₃=△H₁-△H₂=-（1415.25-151.72）mol/L=-1263.53mol/L，
故答案為：-1263.53．

點(diǎn)評 本題考查蓋斯定律、化學(xué)平衡常數(shù)計(jì)算、平衡狀態(tài)判斷等知識(shí)點(diǎn)，側(cè)重考查分析計(jì)算能力，知道只有反應(yīng)前后改變的物理量才能作為平衡狀態(tài)判斷依據(jù)，會(huì)根據(jù)平衡常數(shù)與濃度商相對大小判斷反應(yīng)方向，題目難度中等．