Question

【題目】I．標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下，氣態(tài)分子斷開1 mol化學(xué)鍵的焓變稱為鍵焓。已知H—H、H—O和O=O鍵的鍵焓分別為436 kJ·mol－1、463 kJ·mol－1和495 kJ·mol－1，請寫出水蒸氣分解的熱化學(xué)方程式__________。

II．甲醇(CH3OH)廣泛用作燃料電池的燃料，可由CO和H2來合成，化學(xué)方程式為CO(g)＋2H2(g)CH3OH(g)。

（1）下圖是反應(yīng)CO(g)＋2H2(g)CH3OH(g)在不同溫度下CO的轉(zhuǎn)化率隨時間變化的曲線。

①T1____T2(填“>”“<”或“＝”)。T1和T2溫度下的平衡常數(shù)大小關(guān)系是K1____(填“>”“<”或“＝”)K2。

②若容器容積不變，下列措施不能增加CO轉(zhuǎn)化率的是______(填字母)。

a. 降低溫度 b. 將CH3OH(g)從體系中分離

c. 使用合適的催化劑 d. 充入He，使體系總壓強(qiáng)增大

（2）在容積為1 L的恒容容器中，分別研究在300 ℃、350 ℃和370 ℃三種溫度下合成甲醇的規(guī)律。如圖是上述三種溫度下H2和CO的起始組成比(起始時CO的物質(zhì)的量均為1 mol)與CO平衡轉(zhuǎn)化率的關(guān)系，則曲線x對應(yīng)的溫度是______℃；曲線z對應(yīng)的溫度下上述反應(yīng)的化學(xué)平衡常數(shù)為______。曲線上a、b、c點對應(yīng)的化學(xué)平衡常數(shù)分別為K1、K2、K3，則K1、K2、K3的大小關(guān)系為___________。

Answer 1

【答案】2H2O(g)=2H2(g)＋O2(g)　ΔH＝＋485 kJ·mol－1 < > cd 300 4 K1＝K2<K3

【解析】

I．舊鍵斷裂需要吸收能量，新鍵的生成會放出能量，△H=反應(yīng)物的鍵能和-生成物的鍵能和；

II．（1）①據(jù)溫度對化學(xué)平衡的影響來回答，先拐先平溫度高T2＞T1，CO轉(zhuǎn)化率減小，說明升溫平衡逆向進(jìn)行，溫度對化學(xué)平衡常數(shù)的影響和反應(yīng)的吸放熱有關(guān)，平衡逆向進(jìn)行平衡常數(shù)減小；

②化學(xué)平衡正向移動可提高CO的轉(zhuǎn)化率；

（2）正反應(yīng)放熱，則升高溫度CO的轉(zhuǎn)化率降低；計算出平衡時各物質(zhì)的濃度，結(jié)合平衡常數(shù)的定義進(jìn)行計算；平衡常數(shù)是溫度的函數(shù)，正反應(yīng)是放熱反應(yīng)，溫度越高K越小。

I．舊鍵斷裂需要吸收能量，新鍵的生成會放出能量，△H=反應(yīng)物的鍵能和-生成物的鍵能和，△H=4×463kJ·mol－1-（2×436kJ·mol－1+495kJ·mol－1）=485kJ·mol－1，水蒸氣分解的熱化學(xué)方程式2H2O(g)=2H2(g)＋O2(g)　ΔH＝＋485 kJ·mol－1 ；

II．（1）①反應(yīng)CO（g）+2H2（g）CH3OH（g）中，反應(yīng)向右進(jìn)行，一氧化碳的轉(zhuǎn)化率增大，溫度升高，化學(xué)平衡向著吸熱方向進(jìn)行，根據(jù)圖中的信息可以知道先拐先平溫度高：T1<T2；

溫度越高CO轉(zhuǎn)化率越小，說明升溫平衡逆向進(jìn)行，逆反應(yīng)為吸熱反應(yīng)，所以正反應(yīng)是放熱反應(yīng)，△H＜0，對于放熱反應(yīng)，溫度越高，平衡逆向進(jìn)行化學(xué)平衡常數(shù)越小，因為圖象分析可知T2＞T1，所以K1＞K2，

②a. 若容器容積不變，降低溫度，反應(yīng)CO（g）+2H2（g）CH3OH（g）平衡正向移動，CO的轉(zhuǎn)化率增大；

b. 將CH3OH(g)從體系中分離，平衡正向移動，CO轉(zhuǎn)化率增大；

c. 使用合適的催化劑，平衡不移動，CO轉(zhuǎn)化率不變；

d. 充入He，使體系總壓強(qiáng)增大，但各組分的濃度不變，化學(xué)平衡不移動，CO的轉(zhuǎn)化率不變；

故選cd；

（2）根據(jù)該反應(yīng)為放熱反應(yīng)，溫度越高CO的轉(zhuǎn)化率越小，所以曲線x為300℃，

由圖象可知當(dāng)370℃時，CO的轉(zhuǎn)化率為50%，n（H2）：n（CO）=1.5，則

CO（g）+2H2（g）CH3OH （g）

起始（mol·L－1） 1 1.5 0

轉(zhuǎn)化（mol·L－1） 0.5 1 0.5

平衡（mol·L－1） 0.5 0.5 0.5

K=c(CH3OH)/[c(CO)c2(H2)]=0.5/[0.5×0．52]=4，

曲線上a、b是等溫，溫度高于c點的溫度，所以K1═K2＜K3。