Question

能源短缺是人类社会面临的重大问题．甲醇是一种可再生能源，具有广泛的开发和应用前景．
Ⅰ．已知在常温常压下：
①2CH₃OH（l）+3O₂（g）═2CO₂（g）+4H₂O（g）△H═-1275.6KJ?mol^-1
②2CO（g）+O₂（g）═2CO₂（g）△H═-566.0KJ?mol^-1
③H₂O（g）═H₂O（l）△H═-44.0KJ?mol^-1
写出甲醇不完全燃烧生成一氧化碳和液态水的热化学方程式：

 

Ⅱ．工业上合成甲醇的反应为：CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）；△H
（1）该反应在300℃，5MPa条件下能自发进行，则△H

 

0，△S

 

0 （填“＜，＞或=”）．
（2）在300℃，5MPa条件下，将0.20mol的 CO与0.58mol H₂的混合气体充入2L密闭容器发生反应，反应过程中甲醇的物质的量浓度随时间的变化如图1所示．
①在0～2min内，以H₂表示的平均反应速率为

 

mol?L^-1?s^-1．
②计算300℃时该反应的平衡常数K=

 

．
③300℃时，将0.50mol CO、1.00mol H₂和1.00mol CH₃OH 充
入容积为2L的密闭容器中，此时反应将

 

．
A．向正方向移动   B．向逆方向移动
C．处于平衡状态   D．无法判断
④下列措施可增加甲醇产率的是

 

A．压缩容器体积       B．将CH₃OH（g）从体系中分离
C．充入He，使体系总压强增大
D．再充入0.20mol CO和0.58mol H₂
（3）若其它条件不变，使反应在500℃下进行，在图2中作出甲醇的物质的量浓度随时间的变化的示意图．
Ⅲ．甲醇可以与水蒸气反应生成氢气，反应方程式如下：
CH₃OH（g）+H₂O（g）???CO₂（g）+3H₂（g）△H＞0．
（1）判断可逆反应达到平衡状态的依据是（填序号）

 

．
A．v_正（CH₃OH）=v_正（CO₂）
B．混合气体的密度不变
C．混合气体的平均相对分子质量不变
D．CH₃OH、H₂O、CO₂、H₂的浓度都不再发生变化
（2）图2中P是可自由平行滑动的活塞，关闭K，在相同温度时，向A容器中充入1mol CH₃OH（g）和2mol H₂O（g），向B容器中充入1.2mol CH₃OH（g）和2.4mol H₂O（g），两容器分别发生上述反应．已知起始时容器A和B的体积均为a L．试回答：反应达到平衡时容器B的体积为1.5a L，容器B中CH₃OH的转化率为

 

，A、B两容器中H₂O（g）的体积百分含量的大小关系为B

 

A（填“＞”“＜”或“=”）．

Answer 1

考点：热化学方程式,化学平衡的影响因素,化学平衡状态的判断,化学平衡的计算

专题：基本概念与基本理论

分析：Ⅰ、依据热化学方程式和盖斯定律 计算所得热化学方程式；
Ⅱ、（1）当△H-T△S＜0时，反应自发进行，结合方程式分析即可；
（2）①据图分析出△c和△t即可求出；
②利用三段式法解答；
③据该温度下的K和Qc比较，当K＞Qc时平衡正向移动，K＜Qc时平衡逆向移动；
④结合影响平衡移动的因素，使平衡正向移动即可；
（3）结合影响反应速率和影响平衡移动的因素解答．
Ⅲ、（1）化学平衡的标志是正逆反应速率相同，各组分浓度保持不变分析选项；
（2）依据恒温恒容、恒温恒压容器变化，结合反应平衡特征分析判断，压强变化和物质的量变化成正比．

解答： 解：Ⅰ、（1）①H₂O（g）=H₂O（l）△H₁=-44.0kJ/mol
②2CO （g）+O₂（g）=2CO₂（g）△H₂=-566.0kJ/mol
③2CH₃OH（l）+3O₂（g）=2CO₂（g）+4H₂O（g）△H₃=-1275.6kJ/mol；
由盖斯定律可知③-②+4×①得到甲醇不完全燃烧生成一氧化碳和液态水的热化学方程式为：CH₃OH（l）+O₂（g）=CO（g）+2H₂O（l）△H=-442.8KJ/mol；
故答案为：CH₃OH（l）+O₂（g）=CO（g）+2H₂O（l）△H=-442.8KJ/mol；
Ⅱ、（1）该反应的反应物有3mol气体，生成物有1mol气体，所以△S＜0，反应自发进行△H-T△S＜0，故△H必须小于0，故答案为：＜；＜；
（2）①2min时，甲醇浓度变化0.02mol/L，则氢气浓度变化为0.04mol/L，v（H₂）=

△c(H2)

△t

=

0.04mol/L

2min

=0.02mol/（L?min）^-1
故答案为：0.02；
②CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）
加入的（mol/L）  0.10    0.29        0
反应的（mol/L）  0.02    0.04      0.02
平衡后（mol/L）   0.08    0.25      0.02
K=

c(CH3OH)

c(CO)c2(H2)

=

0.02mol/L

0.08mol/L×(0.25mol/L)2

=4（mol/L）^-2
故答案为：4（mol/L）^-2；
③Qc=K=

c(CH3OH)

c(CO)c2(H2)

=

0.50

0.25×0.502

=8＞K=4，所以平衡逆向移动，故答案为：B；
④A、对于反应CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g），反应物气体体积大于生成物，压缩容器体积 时，压强增大，平衡正向移动，可增加甲醇产率，故A正确；
B、分离出甲醇，平衡正向移动可增加甲醇产率，故B正确；
C、充入He，不影响各气体的分压，平衡不移动，不能增加甲醇产率，故C错误；
D、体积不变，再充入反应物气体，平衡正向移动，可增加甲醇产率，故D正确．
故选：ABD；
（3）温度升高，反应速率加快，达到平衡时间短．正反应放热，升温时平衡逆向移动，平衡时甲醇浓度比300℃低，可得下图：，
故答案为：；
Ⅲ、（1）可逆反应达到平衡状态的依据是正逆反应速率相同，
A、v_正（CH₃OH）=v_正（CO₂）是反应速率之比等于化学方程式计量数之比，不能说你反应达到平衡，故A不符合；
B、反应前后气体质量不变，容器体积不变，反应过程中密度不变，混合气体的密度不变不能说明反应达到平衡，故B不符合；
C、反应前后气体物质的量增大，质量守恒，混合气体的平均相对分子质量不变，说明反应达到平衡状态，故C符合；
D、CH₃OH、H₂O、CO₂、H₂的浓度都不再发生变化是平衡标志，故D符合；
故答案为：CD；
（2）B容器的体积变为原来的1.5倍，增加的气体的物质的量为3.6 mol×0.5=1.8 mol，依据化学方程式可知增加2mol，反应甲醇1mol，则反应的甲醇的物质的量为0.9 mol，CH₃OH的转化率=

0.9mol

1.2mol

×100%=75%．A是恒容反应容器，B是恒压反应容器．B容器充入1.2molCH₃OH（g） 和2.4molH₂O（g）与B容器充入1molCH₂OH（g）和2molH₂O（g），是等效平衡．反应方程式中生成物气体增多，反应时A容器压强比B容器大，所以A中平衡时相当于B平衡后的加压，加压平衡向逆反应方向移动，A容器中H₂O百分含量增多，填B“＜A”；
故答案为：75%；＜．

点评：本题考查了化学平衡三段式计算，平衡标志的分析判断，恒温恒容容器，恒温恒压容器的分析判断是解题关键，气体压强之比和物质的量之比成正比例，题目难度较大．