Question

9．能源問題日益成為制約國際社會經(jīng)濟發(fā)展的瓶頸．甲醇是一種可再生能源，具有廣泛的開發(fā)和應(yīng)用前景，因此甲醇被稱為21世紀的新型燃料．
工業(yè)上用CO生產(chǎn)燃料甲醇，一定條件下發(fā)生反應(yīng)：CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）．圖1表示反應(yīng)中能量的變化；圖2表示一定溫度下，在體積為2L的密閉容器中加入4mol H₂和一定量的CO后，CO和CH₃OH（g）的濃度隨時間變化圖．
請回答下列問題：

（1）在“圖1”中，曲線b （填“a”或“b”）表示使用了催化劑；該反應(yīng)屬于放熱 （填“吸熱”或“放熱”）反應(yīng)．
（2）根據(jù)“圖2”判斷，下列說法不正確的是AB．
A．起始充入的CO為1mol   
B．增加CO濃度，CO的轉(zhuǎn)化率增大
C．容器中壓強恒定時，反應(yīng)已達平衡狀態(tài)
D．保持溫度和密閉容器容積不變，再充入1mol CO和2mol H₂，再次達到平衡時$\frac{n（C{H}_{3}OH）}{n（CO）}$會增大
（3）從反應(yīng)開始到建立平衡，v（H₂）=0.15mol•L^-1•min^-1；該溫度下CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）的化學平衡常數(shù)為12L²•mol^-2．若保持其他條件不變，向平衡體系中再充入0.5mol CO、1molH₂、1.5molCH₃OH，此反應(yīng)進行的方向為平衡不移動 （填“正反應(yīng)方向”或“逆反應(yīng)方向）”．
（4）請在“圖3”中畫出平衡時甲醇蒸氣百分含量（縱坐標）隨溫度（橫坐標）變化的曲線，要求畫壓強不同的2條曲線（在曲線上標出p₁、p₂，且p₁＞p₂）．

Answer 1

分析 （1）根據(jù)活化能的大小判斷；根據(jù)反應(yīng)物與生成物的總能量判斷；
（2）A、由圖2利用轉(zhuǎn)化的CO和平衡時CO的量來分析；
B、增加CO濃度，會促進氫氣的轉(zhuǎn)化，但本身的轉(zhuǎn)化率降低；
C、該反應(yīng)為反應(yīng)前后壓強不等的反應(yīng)；
D、再充入1molCO和2molH₂，體積不變，則壓強增大，平衡正向移動；
（3）由圖2計算用CO表示的反應(yīng)速率，再利用反應(yīng)速率之比等于化學計量數(shù)之比來計算氫氣的反應(yīng)速率，利用各物質(zhì)平衡的濃度來計算化學平衡常數(shù)；比較Q_C與K的大小，然后判斷反應(yīng)進行的方向；
（4）根據(jù)溫度和壓強對該反應(yīng)的影響來分析．

解答 解：（1）加入催化劑，可降低反應(yīng)的活化能，由圖象可知b活化能較低，應(yīng)加入催化劑，反應(yīng)物的總能量大于生成物的總能量，則反應(yīng)為放熱反應(yīng)，
故答案為：b；放熱；
（2）A、由圖2可知生成0.75mol/LCH₃OH，則反應(yīng)了0.75mol/LCO，平衡時有0.25mol/LCO，即CO的起始物質(zhì)的量為（0.75mol/l+0.25mol/L）×2L=2mol，故A錯誤；
B、增加CO濃度，會促進氫氣的轉(zhuǎn)化，氫氣的轉(zhuǎn)化率增大，但CO的轉(zhuǎn)化率減小，故B錯誤；
C、該反應(yīng)為反應(yīng)前后壓強不等的反應(yīng)，則壓強不變時，該反應(yīng)達到平衡狀態(tài)，故C正確；
D、再充入1molCO和2molH₂，體積不變，則壓強增大，平衡正向移動，再次達到平衡時$\frac{n（C{H}_{3}OH）}{n（CO）}$會增大，故D正確；
故答案為：AB；
（3）由圖2可知，反應(yīng)中減小的CO的濃度為1mol/L-0.25mol/L=0.75mol/L，10min時達到平衡，
則用CO表示的化學反應(yīng)速率為$\frac{0.75mol/L}{10min}$=0.075mol•L^-1•min^-1，
因反應(yīng)速率之比等于化學計量數(shù)之比，則v（H₂）=0.075mol•L^-1•min^-1×2=0.15mol•L^-1•min^-1；
                    CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）
開始（mol/L） 1           2                  0
轉(zhuǎn)化（mol/L） 0.75     1.5              0.75
平衡（mol/L） 0.25     0.5              0.75
則化學平衡常數(shù)K═$\frac{0.75mol/L}{0.25mol/L×（0.5mol/L）^{2}}$=12L²•mol^-2；
Qc=$\frac{\frac{1.5}{2}}{\frac{0.5}{2}×（\frac{1}{2}）^{2}}$=12=K，達平衡狀態(tài)，平衡不移動；
故答案為：0.15mol•L^-1•min^-1；12L²•mol^-2； 平衡不移動；
（4）CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）△H＜0，
則溫度越高，逆向反應(yīng)進行的程度越大，甲醇的含量就越低，
壓強增大，反應(yīng)正向進行的程度大，則甲醇的含量高，則圖象為
，故答案為：．

點評 本題考查化學反應(yīng)速率、化學平衡及能量變化，學生應(yīng)注意圖象的利用來分析解決問題，圖象中的信息是解答本題的關(guān)鍵．