Question

甲醇是一种新型的汽车动力燃料，工业上可通过CO和H₂化合制备甲醇，已知CO中的C与O之间为三键连接，甲醇分子中的化学键全部为单键，某些化学键的键能数据如下表：

化学键	C-C	C-H	H-H	C-O	C≡O	H-O
键能/KJ?mol-1	348	413	436	358	1072	463

请回答下列问题：
（1）工业制备甲醇的热化学方程式为：CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）△H=

 

；
（2）某化学研究性学习小组模拟工业合成甲醇的反应，在容积为2L的密闭容器内充入1mol CO和2mol H₂，加入合适的催化剂（体积变化忽略不计）后在250℃开始反应，并用压力计监测容器内压强的变化如下：

反应时间/min	0	5	10	15	20	25
压强/MPa	12.6	10.8	9.5	8.7	8.4	8.4

则从反应开始到20min时，以CO表示的平均反应速率=

 

，该温度下的化学平衡常数K=

 

，
若升高温度则K值

 

（填“增大”、“减小”、或“不变”）；在

 

（填“较高”、或“较低”）温度下有利于该反应的自发进行．
（3）下列描述中能说明上述反应已达平衡的是

 

（填字母代号）
A．容器内气体的平均相对分子量保持不变　　　　   　B.2ν（H₂）_正=ν（CH₃OH）_逆
C．容器内气体的压强保持不变                    D．容器内气体的密度保持不变．

Answer 1

考点：化学平衡的计算,有关反应热的计算,化学平衡的影响因素,化学平衡状态的判断

专题：化学反应中的能量变化,化学平衡专题

分析：（Ⅰ）（1）依据化学反应焓变=反应物键能总和-生成物键能总和计算，标注物质聚集状态和对应反应的焓变写出热化学方程式；
（2）通过（1）写出的热化学方程式可知反应是气体体积减小的放热反应，当减小到20min时反应达到平衡状态，依据反应速率概念V=

△c

△t

计算速率，平衡常数是利用平衡状态下生成物浓度幂次方乘积除以反应物浓度的幂次方乘积得到；对于放热反应，温度升高，化学平衡常数会减小，根据△G=△H-T△S可判断反应自发的条件；
（3）反应达到平衡状态时，正逆反应速率相等，平衡时各种物质的物质的量、浓度等不再发生变化，以及其它物理量的变化情况，可由此进行判断；

解答： 解：（Ⅰ）（1）CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH （g），反应的焓变可以根据反应物的总键能和生成物的总键能计算得到，焓变=反应物总键能之和-生成物总键能之和，依据图表提供的化学键的键能计算得到，）△H═1072KJ/mol+2×436KJ/mol-（3×413KJ/mol+358KJ/mol+463KJ/mol）=-116 kJ?mol^-1，
故答案为：-116 kJ?mol^-1；
（2）从反应开始到20min时，设CO的浓度变化量是x，
                CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）
初始浓度（mol/L）：0.5     1          　　　　  0
变化浓度（mol/L）：x      2x          　　　　  x
平衡浓度（mol/L）：0.5-x  1-2x       　　　　  x
根据反应前后压强之比等于物质的量之比，则

3

3-4x

=

12.6

8.4

，解得x=0.25mol/L，
从反应开始到20min时，以CO表示的平均反应速率v=

△c

△t

=

0.25mol/L

20min

=0.0125mol/（L?min），
平衡常数K=

c(CH3OH)

c(CO)c2(H2)

=

0.25mol/L

0.25mol/L×(0.5mol/L)2

=4，
对于该放热反应，温度升高，化学平衡常数会减小；根据△G=△H-T△S可知，该反应为熵减的反应，所以T傎越小，△G＜0的可能性就越大，所以要反应自发进行，最好要在低温下，
故答案为：0.0125mol/（L?min）；4；减小；较低；
（3）反应是气体体积减小的放热反应，依据平衡移动原理分析判断
A．容器内气体的平均相对分子质量数值上等于气体的平均摩尔质量等于总质量除以总物质的量，质量是守恒的保持不变，但是n变化，当气体的平均摩尔质量不变了，证明达到平衡，故A正确，
B．v（H₂）_正=2v（CH₃OH）_逆才能说明正逆反应速率相等，化学反应达到平衡，故B错误；
C．反应是前后气体体积变化的反应，容器中气体的压强保持不变，证明达到了平衡，故C正确；
 D．该反应在恒容条件下进行，反应前后气体质量守恒，所以反应过程中密度始终保持不变，所以密度不变不能说明反应达到平衡状态，故D错误；
故选AC．

点评：本题涉及化学反应的焓变和化学键键能之间的关系、化学反应速率和平衡常数的计算及化学平衡移动的有关知识，综合性强，有一定的难度．