Question

1．二氧化碳与氢气催化合成甲醇，发生的反应为：
CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）△H=-46kJ•mol^-1
（1）甲醇可与钠反应，写出反应的化学方程式：2CH₃OH+2Na→2CH₃ONa+H₂↑．
（2）已知H-H、C-O、C═0、H-O键的键能依次为436kJ•mol^-1、326kJ•mol^-1、803kJ•mol^-1、464kJ•mol^-1，则C-H键的键能为414kJ•mol^-1．
（3）一定条件下，将n（CO₂）：n（H₂）=1：1的混合气充入绝热恒容密闭容器中发生反应，下列事实可以说明该反应CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）已达到平衡的是BCD（填字母）
A、容器内气体密度保持不变             B、CO₂的体积分数保持不变
C、该反应的平衡常数保持不变           D、混合气体的平均相对分子质量不变          
（4）一定条件下，往2L恒容密闭容器中充入1.2molCO₂和3.6molH₂，发生反应CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）．在不同催化剂（Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ）作用下，在相同时间内CO₂转化率随温度变化的数据如表所示，根据表中数据绘制如图（T5时，图中c点转化率为66.67%，即转化了$\frac{2}{3}$）：

相同时间内CO2转化率	T1	T2	T3	T4	T5
反应Ⅰ	65%	77%	80%	80%	66.67%
反应Ⅱ	56%	67%	76%	80%	66.67%
反应Ⅲ	48%	62%	72%	80%	66.67%

①催化剂效果最佳的反应是Ⅰ（填“Ⅰ”、“Ⅱ”、“Ⅲ”）
②T₃的b点v_（正）=v_（逆）．（填“＞”“＜”“=”）
③T₄的a点转化率比T₅的c点高原因是T₄反应已经达到平衡，升高温度到T₅平衡向逆反应移动，从而使CO₂的转化率降低．．
④在温度为T₅时，该反应的平衡常数K=3.70．

Answer 1

分析 （1）根据有机物羟基与活泼金属的反应原理：2CH₃OH+2Na→2CH₃ONa+H₂↑；
（2）焓变的计算式有两种计算式，一种是△H=E（生成物总能量）-E（反应物总能量），另一种是△H=E（反应物的键能）-E（生成物的键能）
CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）△H=-46kJ•mol^-1，已知H-H、C-O、C═0、H-O键的键能依次为436kJ•mol^-1、326kJ•mol^-1、803kJ•mol^-1、464kJ•mol^-1
△H=E（反应物的键能）-E（生成物的键能）=2E（C═0）+3E（H-H）-3E（C-H）-E（C-O）-E（H-O）-2E（H-O）=2×803kJ•mol^-1+3×436kJ•mol^-1-3E（C-H）-326kJ•mol^-1-464kJ•mol^-1-2×464kJ•mol^-1=-46kJ•mol^-1    可得：E（C-H）=414kJ•mol^-1．
（3）A．由ρ_{（混合气体）}=$\frac{m（混合气体）}{V}$知，密闭容器中m_{（混合气体）}和v都不变，比值不变，即ρ_{（混合气体）}不变，故密度不再改变不能达到平衡状态；
B，（1）直接标志：①速率关系：正反应速率与逆反应速率相等；②反应体系中各物质的百分含量保持不变．（2）间接标志：①混合气体的总压强、总体积、总物质的量不随时间的改变而改变（m+n≠p+q）；②各物质的浓度、物质的量不随时间的改变而改变；③各气体的体积、各气体的分压不随时间的改变而改变．故CO₂的体积分数保持不变时，即反应体系中CO₂的百分含量保持不变，达到平衡状态；
C、平衡常数只与温度有关，该反应的温度变化，所以平衡常数也变化，所以平衡常数能判断达到平衡状态；
D、平均相对分子质量不变，由M_{（混合气体）}=$\frac{m（混合气体）}{n（混合气体）}$，密闭容器中m_{（混合气体）}不变，而n_{（混合气体）}向正反应方向移动时减小，向逆反应方向移动时增大，故混合气体的平均相对分子质量不变，平衡不移动，能达到平衡状态； 
（4）①由图象知：反应Ⅰ在较低温度T₃时CO₂就达到80%的转化率，故催化剂效果最佳的反应是反应Ⅰ；②T₃的b点时，反应已达到限度，故v_（正）=v_（逆）；③原因是：T₄反应已经达到平衡，升高温度到T₅平衡向逆反应移动，从而使CO₂的转化率降低．故T₄的a点转化率比T₅的c点高；
④在温度为T₅时，CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）
起始（mol/L）：0.6       1.8          0           0
转化（mol/L）：$0.6×\frac{2}{3}$  $0.6×\frac{2}{3}×3$    $0.6×\frac{2}{3}$    $0.6×\frac{2}{3}$ 
平衡（mol/L）：0.2       0.6          0.4        0.4
在温度为T₅时，该反应的平衡常数K=$\frac{C（C{H}_{3}OH）C（{H}_{2}O）}{C（C{O}_{2}）{C}^{3}（{H}_{2}）}$=$\frac{0.4×0.4}{0.2×0．{6}^{3}}$=3.70．

解答 解：（1）根据有机物中羟基与活泼金属的反应原理：2CH₃OH+2Na→2CH₃ONa+H₂↑，故答案为：2CH₃OH+2Na→2CH₃ONa+H₂↑；
（2）△H=E（反应物的键能）-E（生成物的键能）
-46kJ•mol^-1=2E（C═0）+3E（H-H）-3E（C-H）-E（C-O）-E（H-O）-2E（H-O）
=2×803kJ•mol^-1+3×436kJ•mol^-1-3E（C-H）-326kJ•mol^-1-464kJ•mol^-1-2×464kJ•mol^-1   
可得：E（C-H）=414kJ•mol^-1，故答案为：414；
（3）A．由ρ_{（混合气体）}=$\frac{m（混合气体）}{V}$知，密闭容器中m_{（混合气体）}和v都不变，比值不变，即ρ_{（混合气体）}不变，密度不再改变不能达到平衡状态，故A不正确；
B．O₂的体积分数保持不变时，即反应体系中CO₂的百分含量保持不变，达到平衡状态，故B正确；
C、平衡常数只与温度有关，该反应的温度变化，所以平衡常数也变化，所以平衡常数能判断达到平衡状态，故C正确；
D、平均相对分子质量不变，由M_{（混合气体）}=$\frac{m（混合气体）}{n（混合气体）}$，密闭容器中m_{（混合气体）}不变，而n_{（混合气体）}向正反应方向移动时减小，向逆反应方向移动时增大，故混合气体的平均相对分子质量不变，平衡不移动，能达到平衡状态，故D正确；
故选：BCD；
（4）①由图象知：反应Ⅰ在较低温度T₃时CO₂就达到80%的转化率，催化剂效果最佳的反应是反应Ⅰ，故答案为：Ⅰ；
②T₃的b点时，反应已达到限度，故v_（正）=v_（逆），故答案为：=；
③T₄反应已经达到平衡，升高温度到T₅平衡向逆反应移动，从而使CO₂的转化率降低．T₄的a点转化率比T₅的c点高．
 故答案为：T₄反应已经达到平衡，升高温度到T₅平衡向逆反应移动，从而使CO₂的转化率降低．
④在温度为T₅时，CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）
     起始（mol/L）：0.6       1.8          0           0
     转化（mol/L）：$0.6×\frac{2}{3}$  $0.6×\frac{2}{3}×3$    $0.6×\frac{2}{3}$    $0.6×\frac{2}{3}$ 
     平衡（mol/L）：0.2       0.6          0.4        0.4
在温度为T₅时，该反应的平衡常数K=$\frac{C（C{H}_{3}OH）C（{H}_{2}O）}{C（C{O}_{2}）{C}^{3}（{H}_{2}）}$=$\frac{0.4×0.4}{0.2×0．{6}^{3}}$=3.70．
 故答案为：3.70．

点评 考查用“三段式“进行化学平衡常数的计算；化学平衡状态的特征判断；焓变的计算；注意化学平衡状态标志的间接判断．