Question

10．甲醇是重要的燃料，有廣闊的應(yīng)用前景：工業(yè)上一般以CO和為原料合成甲醇，該反應(yīng)的熱化學(xué)方程式為：CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）△H₁=-116kJ•mol^-1
（1）下列措施中有利于增大該反應(yīng)的反應(yīng)速率且利于反應(yīng)正向進(jìn)行的是C．
a．隨時(shí)將CH₃OH與反應(yīng)混合物分離
b．降低反應(yīng)溫度
c．增大體系壓強(qiáng)
d．使用高效催化劑
（2）已知：CO（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）═CO₂（g0△H₂=-283kJ•mol^-1
H₂（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）═H₂O（g0△H₃=-242kJ•mol^-1
則表示1mol氣態(tài)甲醇完全燃燒生成CO₂和水蒸氣時(shí)的熱化學(xué)方程式為CH₃OH（g）+$\frac{3}{2}$O₂（g）=CO₂（g）+2H₂O（g）△H=-651kJ•mol^-1
（3）在容積為2L的恒容容器中，分別研究在三種不同溫度下合成甲醇，右圖是上述三種溫度下不同的H₂和CO的起始組成比（起始時(shí)CO的物質(zhì)的量均為2mol）與CO平衡轉(zhuǎn)化率的關(guān)系．請(qǐng)回答：
①在圖中三條曲線，對(duì)應(yīng)的溫度由高到低的順序是Z＞Y＞X
②利用a點(diǎn)對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)，計(jì)算出曲線Z在對(duì)應(yīng)溫度下CH₃OH（g）?CO（g）+2H₂（g）的平衡常數(shù)：K=0.25；
（4）恒溫下，分別將1molCO和2molH₂置于恒容容器I和恒壓容器Ⅱ中（兩容器起始容積相同），充分反應(yīng)．
①達(dá)到平衡所需時(shí)間是I＞Ⅱ（填“＞”、“＜”或“=”，下同）．達(dá)到平衡后，兩容器中CH₃OH的體積分?jǐn)?shù)關(guān)系是I＜Ⅱ．
②平衡時(shí)，測(cè)得容器工中的壓強(qiáng)減小了30%，則該容器中CO的轉(zhuǎn)化率為45%．

Answer 1

分析 （1）根據(jù)平衡移動(dòng)原理進(jìn)行判斷，溫度升高，反應(yīng)速率加快，使用催化劑，反應(yīng)速率加快；
（2）根據(jù)蓋斯定律和題中熱化學(xué)方程式，根據(jù)反應(yīng)
①CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）；△H₁=-116kJ•mol^-1 
②CO（g）+$\frac{1}{2}$O2（g）═CO₂（g）△H₂=-283kJ•mol^-1，
③H₂（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）═H₂O（g）△H₃=-242kJ•mol^-1 ，
根據(jù)蓋斯定律：①-②-③×2得寫出甲醇完全燃燒生成二氧化碳的熱化學(xué)方程式；
（3）①合成甲醇的反應(yīng)是放熱反應(yīng)，溫度升高，轉(zhuǎn)化率降低，依據(jù)圖象變化分析判斷；
②a點(diǎn)時(shí)，CO轉(zhuǎn)化率50%，反應(yīng)消耗了2mol×50%=1molCO，消耗氫氣2mol，圖象中可知，起始量氫氣物質(zhì)的量n（H₂）=1.5n（CO）=3mol，剩余1molCO，n（H₂）=3mol-2mol=1mol，生成1mol甲醇，結(jié)合化學(xué)平衡三段式列式計(jì)算平衡濃度，根據(jù)平衡常數(shù)表達(dá)式和一氧化碳的轉(zhuǎn)化率求算，K=$\frac{生成物平衡濃度冪次方乘積}{反應(yīng)物平衡濃度冪次方乘積}$；
（4）①恒溫下，分別將1molCO和2molH₂置于恒容容器I和恒壓容器Ⅱ中，反應(yīng)前后氣體體積減小，恒壓容器中體積減小是相當(dāng)于恒容容器達(dá)到平衡狀態(tài)下，增大壓強(qiáng)對(duì)平衡的影響，壓強(qiáng)增大，反應(yīng)速率增大，達(dá)到平衡需要的時(shí)間短，恒壓容器中甲醇含量增大；
②平衡時(shí)，測(cè)得容器Ⅰ中的壓強(qiáng)減小了30%，氣體物質(zhì)的量減小30%，結(jié)合化學(xué)平衡三段式列式計(jì)算；
            CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）
起始量（mol） 1        2         0
變化量（mol） x       2x         x
平衡量（mol） 1-x     2-2x       x
3-2x=3-3×30%
x=0.45mol
轉(zhuǎn)化率=$\frac{消耗量}{起始量}$×100%．

解答 解：（1）有利于增大該反應(yīng)的反應(yīng)速率且利于反應(yīng)正向進(jìn)行結(jié)合化學(xué)平衡移動(dòng)原理分析．
A、隨時(shí)將CH₃OH與反應(yīng)混合物分離，減小生成物的濃度，利于反應(yīng)正向進(jìn)行，但反應(yīng)速率減小，故A錯(cuò)誤；
B、反應(yīng)是放熱反應(yīng)，溫度降低，利于反應(yīng)正向進(jìn)行，但反應(yīng)速率變小，故B錯(cuò)誤；
C、反應(yīng)前后氣體體積減小，壓強(qiáng)增大，利于反應(yīng)正向進(jìn)行，反應(yīng)速率加快，故C正確；
D、使用催化劑，反應(yīng)速率加快，不改變化學(xué)平衡，不能利于反應(yīng)正向進(jìn)行，故D錯(cuò)誤；
故選C；
（2）根據(jù)反應(yīng)①CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）；△H₁=-116kJ•mol^-1，
  ②CO（g）+$\frac{1}{2}$O2（g）═CO₂（g）△H₂=-283kJ•mol^-1，
  ③H₂（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）═H₂O（g）△H₃=-242kJ•mol^-1 ，
根據(jù)蓋斯定律：①-②-③×2得：
 CH₃OH（g）+$\frac{3}{2}$O₂（g）=CO₂（g）+2H₂O（g）△H=-651kJ•mol^-1，
故答案是：CH₃OH（g）+$\frac{3}{2}$O₂（g）=CO₂（g）+2H₂O（g）△H=-651kJ•mol^-1；
（3）①根據(jù)反應(yīng)CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）△H₁=-116kJ•mol^-1，是放熱反應(yīng)，溫度越高，轉(zhuǎn)化率越低，所以曲線Z對(duì)應(yīng)的溫度最高，X對(duì)應(yīng)的一氧化碳轉(zhuǎn)化率最大，溫度最低，Y介于二者之間，在圖中三條曲線，對(duì)應(yīng)的溫度由高到低的順序是Z＞Y＞X；
故答案是：Z＞Y＞X；
  ②a點(diǎn)時(shí)，CO轉(zhuǎn)化率50%，反應(yīng)消耗了2mol×50%=1molCO，消耗氫氣2mol，圖象中可知，起始量氫氣物質(zhì)的量n（H₂）=1.5n（CO）=3mol，剩余1molCO，n（H₂）=3mol-2mol=1mol，生成1mol甲醇，
             CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）
起始量（mol） 2        3         0
變化量（mol） 1        2         1
平衡量（mol） 1        1          1
a點(diǎn)各組分的濃度是：c（CH₃OH）=$\frac{1mol}{2L}$=0.5mol/L，c（CO）=$\frac{1mol}{2L}$=0.5mol/L，c（H₂）=$\frac{1mol}{2L}$=0.5mol/L，
帶入表達(dá)式得：K=$\frac{0.5mol/L}{0.5mol/L×（0.5mol/L）^{2}}$=4L²•mol^-2，
曲線Z在對(duì)應(yīng)溫度下CH₃OH（g）?CO（g）+2H₂（g）的平衡常數(shù)為上述平衡常數(shù)的倒數(shù)=0.25；
故答案是：0.25；
（4）①恒溫下，分別將1molCO和2molH₂置于恒容容器I和恒壓容器Ⅱ中，發(fā)生反應(yīng)CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）△H₁=-116kJ•mol^-1 ；反應(yīng)前后氣體體積減小，恒壓容器中體積減小是相當(dāng)于恒容容器達(dá)到平衡狀態(tài)下，增大壓強(qiáng)對(duì)平衡的影響，壓強(qiáng)增大，反應(yīng)速率增大，達(dá)到平衡需要的時(shí)間短，ⅠⅡ達(dá)到平衡所需時(shí)間Ⅰ＞Ⅱ，達(dá)到平衡后，恒壓容器中平衡正向進(jìn)行，所以兩容器中CH₃OH的體積分?jǐn)?shù)Ⅰ＜Ⅱ；
故答案為：＞，＜；
②平衡時(shí)，測(cè)得容器Ⅰ中的壓強(qiáng)減小了30%，氣體物質(zhì)的量減小30%
            CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）
起始量（mol） 1        2         0
變化量（mol） x       2x         x
平衡量（mol） 1-x     2-2x       x
測(cè)得容器Ⅰ中的壓強(qiáng)減小了30%，氣體物質(zhì)的量減小30%
3-2x=3-3×30%
x=0.45mol
則該容器中CO的轉(zhuǎn)化率=$\frac{0.45mol}{1mol}$×100%=45%；
故答案為：45%．

點(diǎn)評(píng) 本題考查了影響反應(yīng)速率的因素及反應(yīng)平衡常數(shù)的計(jì)算、熱化學(xué)方程式的書寫等知識(shí)，注意蓋斯定律的應(yīng)用，本題難度中等．