Question

5．工业上用CO生产燃料甲醇．一定温度和容积条件下发生反应：CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）．图1表示反应中的能量变化；图2表示一定温度下，在体积为1L的密闭容器中加入2mol H₂和一定量的CO后，CO和CH₃OH（g）的浓度随时间变化．

请回答下列问题：
（1）在“图1”中，曲线b（填“a”或“b”）表示使用了催化剂；没有使用催化剂时，在该温度和压强条件下反应CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）的△H=-91kJ•mol^-1．
（2）下列说法正确的是ABC
A．起始充入的CO的物质的量为1mol
B．增加CO的浓度，H₂的转化率会增大
C．容器中压强恒定时，反应达到平衡状态
（3）从反应开始到建立平衡，v（CO）=0.075mol•L^-1•min^-1；达到平衡时，c（H₂）=0.5mo/L，该温度下CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）的化学平衡常数表达式为K=$\frac{c（CH{\;}_{3}OH）}{c（CO）c（H{\;}_{2}）{\;}^{2}}$．达到平衡后若保持其它条件不变，将容器体积压缩为0.5L，则平衡正向移动 （填“正向”、“逆向”或“不”）．
（4）已知CH₃OH（g）+$\frac{3}{2}$O₂（g）=CO₂（g）+2H₂O（g）；△H=-193kJ/mol，又知H₂O（l）=H₂O（g）；△H=+44kJ/mol，请写出32g的CH₃OH（g）完全燃烧生成液态水的热化学方程式CH₃OH（g）+$\frac{3}{2}$O₂（g）=CO₂（g）+2H₂O（l）△H=-281kJ/mol．

Answer 1

分析 （1）根据图中反应的活化能的大小来分析是否使用催化剂，利用反应前后的总能量来分析反应的能量变化；
（2）A．由图2计算CO起始的量；
B．增加CO浓度，会促进氢气的转化，但本身的转化率降低；
C．该反应为反应前后压强不等的反应；
（3）由图2计算用CO表示的反应速率，再利用反应速率之比等于化学计量数之比来计算氢气的反应速率，c（H₂）=v（H₂）×△t结合三段式计算达到平衡时，c（H₂），化学平衡常数表达式K=$\frac{c（CH{\;}_{3}OH）}{c（CO）c（H{\;}_{2}）{\;}^{2}}$；根据压缩体积，压强增大，平衡正向移动；
（4）已知①CH₃OH（g）+$\frac{3}{2}$O₂=CO₂（g）+2H₂O（g）△H=-193KJ/mol，②H₂O（l）=H₂O（g）△=44KJ/mol，
利用盖斯定律将①-②×2计算．

解答 解：（1）由图可知，反应的活化能b的较小，所以b使用的催化剂，该反应中反应物的总能量大于生成物的总能量，该反应为放热反应；
由图可知，反应物为1molCO（g）和2molH₂（g），生成物为1molCH₃OH（g），△H=419-510=-91 kJ•mol^-1，故反应的热化学方程式为：CO（g）+2H₂（g）=CH₃OH（g）△H=-91 kJ•mol^-1，
故答案为：b；-91kJ•mol^-1；
（2）A．由图2可知CO的起始物质的量为1mol/l×1L=1mol，故A正确；
B．增加CO浓度，会促进氢气的转化，氢气的转化率增大，故B正确；
C．该反应为反应前后压强不等的反应，则压强不变时，该反应达到平衡状态，故C正确；
故选：ABC；
（3）由图2可知，反应中减小的CO的浓度为1mol/L-0.25mol/L=0.75mol/L，10min时达到平衡，
则用CO表示的化学反应速率为 $\frac{0.75mol/L}{10min}$=0.075mol•L^-1•min^-1，
因反应速率之比等于化学计量数之比，则v（H₂）=0.075mol•L^-1•min^-1×2=0.15mol•L^-1•min^-1；c（H₂）=v（H₂）×△t=0.15mol•L^-1•min^-1×10min^-1=1.5mol•L^-1，
           CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）
开始（mol/L） 1     2         0
转化（mol/L） 0.75  1.5      0.75
平衡（mol/L） 0.25  0.5      0.75
所以达到平衡时，c（H₂）=0.5mo/L，则化学平衡常数表达式K=$\frac{c（CH{\;}_{3}OH）}{c（CO）c（H{\;}_{2}）{\;}^{2}}$，正反应为体积缩小的反应，压缩体积，压强增大，平衡正向移动，
故答案为：0.075mol•L^-1•min^-1；0.5mo/L； K=$\frac{c（CH{\;}_{3}OH）}{c（CO）c（H{\;}_{2}）{\;}^{2}}$；正向；
（4）已知①CH₃OH（g）+$\frac{3}{2}$O₂=CO₂（g）+2H₂O（g）△H=-193KJ/mol，②H₂O（l）=H₂O（g）△=44KJ/mol，
利用盖斯定律将①-②×2可得CH₃OH（g）+$\frac{3}{2}$O₂（g）=CO₂（g）+2H₂O（l）
△H=（-193kJ/mol）-44KJ/mol×2=-281kJ/mol，
故答案为：CH₃OH（g）+$\frac{3}{2}$O₂（g）=CO₂（g）+2H₂O（l）△H=-281kJ/mol．

点评 本题考查物质的量浓度随时间变化的曲线，题目难度中等，正确分析图象得出合理信息是解答本题的关键，注意熟练掌握化学平衡及其影响因素，试题侧重考查学生的分析能力及灵活应用能力．