Question

4．节能减排已经成为全社会的共识，浙江省在原先推行乙醇汽油的基础上，开始试点甲醇汽油（即在汽油中添加一定量的甲醇），根据检测的数据分析认为，若宁波全市的140余万辆机动车全部使用甲醇汽油，一年内能减少有害气体（一氧化碳）排放将近100万吨．甲醇常利用煤气化过程中生成的CO和H₂来制备：CO+2H₂?CH₃OH．请根据图示回答下列：

（1）关于该反应的下列说法中，正确的是C（填字母）：
A．△H＞0，△S＞0B．△H＞0，△S＜0
C．△H＜0，△S＜0D．△H＜0，△S＞0
（2）现进行如下实验，在体积为1L的密闭容器中，充入1molCO和3molH₂，净测得CO和CH₃OH（g）的浓度随时间变化如（图1）所示．从反应开始到平衡，CO的平均反应速率v（CO）=0.075mol/（L•min），该反应的平衡常数K=$\frac{4}{3}$．
（3）恒容条件下，达到平衡后，下列措施中能使$\frac{n（C{H}_{3}OH）}{n（CO）}$增大的有C．
A．升高温度     B．充入He气
C．再冲入1molCO和3molH₂  D．使用催化剂
（4）若在一体积可变的密闭容器中充入1molCO、2molH₂和1molCH₃OH，达到平衡时测的混合气体的密度是同温同压下起始的1.6倍（此过程三种物质均处于气态），则平衡时混合气体的平均摩尔质量=25.6g/mol．
（5）根据（图2），写出此反应的热化学方程式CO（g）+2H₂（g）=CH₃OH（g）△H=-91 kJ/mol．

Answer 1

分析 （1）根据方程式可知，该反应为气体体积减小的反应，根据图2可知，生成物质能量低于反应；
（2）根据图I时，反应中CO浓度的变化，结合速率公式计算，根据K=$\frac{c（C{H}_{3}OH）}{c（CO）•{c}^{2}（{H}_{2}）}$计算平衡常数；
（3）恒容条件下，下列措施中能使$\frac{n（CH{\;}_{3}OH）}{n（CO）}$增大，则平衡正移，据此分析；
（4）根据平均摩尔质量=$\frac{总质量}{总物质的量}$计算；
（5）根据反应物与生成物的总能量来分析吸热还是放热，并书写热化学反应方程式．

解答 解：（1）根据方程式可知，该反应为气体体积减小的反应，所以该反应△S＜0，根据图2可知，生成物质能量低于反应，所以△H＜0，
故选C；
（2）由图I可知，反应中CO浓度的变化为：1.00-0.25=0.75mol•L^-1，则v（CO）=$\frac{△c}{t}$=$\frac{0.75mol•L}{10min}$=0.075mol/（L•min），根据图可知，平衡时c（CO）=0.25mol/L，c（CH₃OH）=0.75mol/L，c（H₂）=1.5mol/L，K=$\frac{c（C{H}_{3}OH）}{c（CO）•{c}^{2}（{H}_{2}）}$=$\frac{0.7{5}^{2}}{1．{5}^{2}×0.25}$=$\frac{4}{3}$，
故答案为：0.075mol/（L•min）；$\frac{4}{3}$；
（3）恒容条件下，下列措施中能使$\frac{n（CH{\;}_{3}OH）}{n（CO）}$增大，则平衡正移；
A．已知该反应的正方向为放热反应，升高温度，平衡逆移，故A错误；
B．充入He气，容器的体积不变，各反应物的浓度不变，平衡不移动，故B错误；
C．再充入1molCO和2molH₂，与原来加入了的量等比例，平衡时比原来的平衡的压强增大，平衡正移，故C正确；
D．使用催化剂，同等程度的改变正逆反应速率，平衡不移动，故D错误；
故答案为：C；
（4）由平衡时密度可知，平衡后混合气体的物质的量为起始时的$\frac{1}{1.6}$，平衡时总物质的量为（1mol+2mol+1mol）×$\frac{1}{1.6}$=2.5mol，总质量为1×28g+2×2g+1×32g=64g，所以平均摩尔质量=$\frac{64g}{2.5mol}$=25.6g/mol，
故答案为：25.6；
（5）反应物的总能量为419kJ，生成物的总能量为510kJ，则该反应为放热反应，放出的热量为419kJ-510kJ=91kJ，热化学方程式为CO（g）+2H₂（g）=CH₃OH（g）△H=-91 kJ/mol，
故答案为：CO（g）+2H₂（g）=CH₃OH（g）△H=-91 kJ/mol．

点评 本题为综合性习题，考查影响化学平衡的因素、热化学反应、化学平衡常数、反应速率的计算，图象的分析和利用等知识点，注重对高考热点知识的考查，是较好的习题．