Question

甲醇是一種可再生燃料．在容積為2L的密閉容器中進行反應：CO（g）
+2H₂（g）→CH₃OH（g），其他條件不變，在300℃和n500℃時，物質的量（CH₃OH）-反應時間t的變化曲線如圖所示．
（1）該反應的△H

 

0 （填＞、＜或=）．
（2）300℃時，0-t₁min內 CH₃OH的平均生成速率為

 

．
（3）若要提高甲醇的產率，可采取的措施有

 

．（填字母）
A．縮小容器體積   B．降低溫度   C．升高溫度   D．使用合適的催化劑   E．將甲醇從混合體系中分離出來
（4）300℃時，CO、H₂的起始物質的量分別為2mol和3mol，若圖中n₁數據為0.5mol，試計算300℃下，該反應的平衡常數（寫出計算過程，保留兩位有效數字）．
（5）工業(yè)上也可以用CO₂和H₂反應制得乙醇．在2×10⁵Pa、300℃條件下，若有440gCO₂與H₂恰好完全反應生成甲醇和水，放出495kJ的熱量，試寫出該反應的熱化學方程式

 

．

Answer 1

考點：物質的量或濃度隨時間的變化曲線

專題：化學平衡專題

分析：（1）依據圖象變化分析，先拐先平，溫度高，依據化學平衡移動原理分析，溫度越高甲醇物質的量越小，說明升溫平衡逆向進行；
（2）根據300℃時，0-t₁min內甲醇的變化量求算其反應速率；
（3）若要提高甲醇的產率，則需平衡正移，根據影響平衡的因素分析；
（4）根據圖象中甲醇的量，利用三線式求出平衡時各物質的濃度，再根據平衡常數的表達式求出；
（5）根據二氧化碳的質量和放出的熱量；求出1mol二氧化碳反應時放出的熱量，再根據熱化學方程式的書寫方法書寫．

解答： 解：（1）根據圖象可知，溫度越高，甲醇的物質的量越小，說明升高溫度平衡逆移，所以正方向為放熱反應，即△H＜0，故答案為：＜；
（2）由圖象可知，300℃時0-t₁min內甲醇的物質的量增大了n₁mol，則v（CH₃OH）=

n1mol 2L

t1min

=

n1

2t1

mol?L^-1 min^-1，故答案為：

n1

2t1

mol?L^-1 min^-1；
（3）若要提高甲醇的產率，則需平衡正移；
A．縮小容器體積，壓強增大，則平衡正移，故A正確；
B．該反應正方向為放熱反應，降低溫度，平衡正移，故B正確；
C．升高溫度，平衡逆移，故C錯誤；
 D．使用合適的催化劑，正逆反應速率同等程度的改變，平衡不移動，故D錯誤；
E．甲醇從混合體系中分離出來，平衡正移，故E正確；
故答案為：ABE；
（4）已知300℃時，CO、H₂的起始物質的量分別為2mol和3mol，若圖中n₁數據為0.5mol，則起始時物質的量濃度c（CO）=1.0mol?L^-1，c（H₂）=1.5mol?L^-1，
平衡時c（CH₃OH）=0.25mol?L^-1，則
                      CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）
起始的濃度（mol?L^-1）：1.0         1.5           0
反應的濃度（mol?L^-1）：0.25        0.5           0.25
平衡的濃度（mol?L^-1）：0.75        1.0           0.25
則K=

c(CH3OH)

c(CO)c2(H2)

=

0.25

0.75×12

≈0.33L²/mol²；
答：該反應的平衡常數0.33L²/mol²；
（5）440g CO₂的物質的量是

440g

44g/mol

=10mol，10mol二氧化碳參加反應放出495kJ的熱量，則1mol二氧化碳參加反應放出的能量是49.5kJ，所以該反應熱化學反應方程式為：CO₂（g）+3H₂（g）=H₂O（g）+CH₃OH（g）△H=-49.5kJ/mol，
故答案為：CO₂（g）+3H₂（g）=H₂O（g）+CH₃OH（g）△H=-49.5kJ/mol．

點評：本題考查了反應速率的計算，影響平衡的因素，平衡常數的計算，熱化學反應方程式的書寫，涉及的知識點較多，綜合性較強，難度中等．