Question

甲醇是一種新型的汽車動(dòng)力燃料，工業(yè)上可通過(guò)CO和H₂化合制備甲醇，該反應(yīng)的熱化學(xué)方程式為：CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）△H．已知某些化學(xué)鍵的鍵能數(shù)據(jù)如下表：

化學(xué)鍵	C-C	C-H	H-H	C-O	C≡O(shè)	H-O
鍵能/kJ?mol-1	348	413	436	358	1072	463

請(qǐng)回答下列問(wèn)題：
（1）已知CO中的C與O之間為叁鍵連接，該反應(yīng)的△H=

 

；
（2）某化學(xué)研究性學(xué)習(xí)小組模擬工業(yè)合成甲醇的反應(yīng)，在容積固定為2L的密閉容器內(nèi)充入1molCO和2molH₂，加入合適催化劑（體積可以忽略不計(jì)）后在250°C開(kāi)始反應(yīng)，并用壓力計(jì)監(jiān)測(cè)容器內(nèi)壓強(qiáng)的變化如下：

反應(yīng)時(shí)間/min	0	5	10	15	20	25
壓強(qiáng)/MPa	12.6	10.8	9.5	8.7	8.4	8.4

則從反應(yīng)開(kāi)始到20min時(shí)，以CO表示的平均反應(yīng)速率=

 

，該溫度下平衡常數(shù)K=

 

，若升高溫度則K值

 

（填“增大”、“減小”或“不變”）；
（3）下列描述中能說(shuō)明上述反應(yīng)已達(dá)平衡的是

 

；
A、容器內(nèi)氣體的平均摩爾質(zhì)量保持不變    B、2v（H₂）_正=v（CH₃OH）_逆
C、容器中氣體的壓強(qiáng)保持不變           D、單位時(shí)間內(nèi)生成nmolCO的同時(shí)生成2nmolH₂
（4）若在溫度、容積相同的3個(gè)密閉容器中，按不同方式投入反應(yīng)物，保持恒溫、恒容，可逆反應(yīng)   CO+2H₂?CH₃OH達(dá)到平衡，測(cè)得有關(guān)數(shù)據(jù)如下：

容器	甲	乙	丙
反應(yīng)物投入量	1molCO、2molH2	1mol CH3OH	2molCO、4mol H2
CH3OH的濃度（mol/L）	c1	c2	c3
反應(yīng)的能量變化	放出Q1 kJ	吸收Q2 kJ	放出Q3 kJ
平衡常數(shù)	K1	K2	K3
反應(yīng)物轉(zhuǎn)化率	α 1	α 2	α 3

下列說(shuō)法正確的是
A、c₁=c₂      B、2Q₁=Q₃         C、K₁=K₃      D、α₂+α₃＜100%
（5）若一體積可變的密閉容器中充入1mol CO、2mol H₂、1mol CH₃OH，反應(yīng)CO+2H₂?CH₃OH經(jīng)一定時(shí)間達(dá)到平衡，并測(cè)得平衡時(shí)混合氣體密度是同溫同壓下起始時(shí)的4/3倍．則：反應(yīng)開(kāi)始時(shí)正、逆反應(yīng)速率的大小：v（正）

 

v（逆）（填“＞”、“＜”或“=”），理由是

 

．平衡時(shí)n（CH₃OH）=

 

mol．

Answer 1

考點(diǎn)：有關(guān)反應(yīng)熱的計(jì)算,反應(yīng)速率的定量表示方法,化學(xué)平衡建立的過(guò)程,化學(xué)平衡常數(shù)的含義,化學(xué)平衡狀態(tài)的判斷

專題：基本概念與基本理論

分析：（1）反應(yīng)CO（g）+2H₂（g）

常溫

CH₃OH （g）△H₁ 的焓變可以根據(jù)表內(nèi)的化學(xué)鍵鍵能計(jì)算，焓變=反應(yīng)物鍵能總和-生成物鍵能總和；
（2）根據(jù)v=

△c

△t

計(jì)算化學(xué)反應(yīng)的速率，根據(jù)平衡常數(shù)表達(dá)式K=

c(CH3OH)

c(CO)?c2(H2)

結(jié)合三段式進(jìn)行計(jì)算，對(duì)于放熱反應(yīng)，溫度升高，化學(xué)平衡常數(shù)會(huì)減�。�
（3）反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)時(shí)，正逆反應(yīng)速率相等，平衡時(shí)各種物質(zhì)的物質(zhì)的量、濃度等不再發(fā)生變化，可由此進(jìn)行判斷；
A、甲、丙相比較，把甲等效為開(kāi)始加入1molCH₃OH，丙中甲醇的物質(zhì)的量為甲的2倍，壓強(qiáng)增大，平衡向生成甲醇的方向移動(dòng)；
B、甲、丙相比較，把甲等效為開(kāi)始加入1molCH₃OH，丙中甲醇的物質(zhì)的量為甲的2倍，壓強(qiáng)增大，平衡向生成甲醇的方向移動(dòng)；
C、比較甲、丙可知，溫度相等，化學(xué)平衡常數(shù)相等；
D、甲、乙處于相同的平衡狀態(tài)，則α₁+α₂=1，由C的分析可知α₂＞α₃，據(jù)此判斷．
（4）平衡時(shí)混合氣體密度是同溫同壓下起始時(shí)的

4

3

倍，則總物質(zhì)的量變?yōu)樵�先�?.75倍，據(jù)此判斷反應(yīng)的方向以及正逆反應(yīng)速率的大小，根據(jù)三行式計(jì)算平衡時(shí)甲醇的量．

解答： 解：（1）CO（g）+2H₂（g）

常溫

CH₃OH （g），反應(yīng)的焓變可以根據(jù)反應(yīng)物的總鍵能和生成物的總鍵能計(jì)算得到，焓變=反應(yīng)物總鍵能之和-生成物總鍵能之和，依據(jù)圖表提供的化學(xué)鍵的鍵能計(jì)算得到，）△H₁═1072KJ/mol+2×436KJ/mol-（3×413KJ/mol+358KJ/mol+463KJ/mol）=-116 kJ?mol^-1；
故答案為：-116 kJ?mol^-1；
（2））①?gòu)姆磻?yīng)開(kāi)始到20min時(shí)，設(shè)CO的濃度變化量是x，
          CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）
初始濃度：0.5     1            0
變化濃度：x      2x            x
平衡濃度：0.5-x  1-2x         x
根據(jù)反應(yīng)前后壓強(qiáng)之比等于物質(zhì)的量之比，則

3

3-4x

=

12.6

8.4

，解得x=0.25mol/L，
從反應(yīng)開(kāi)始到20min時(shí)，以CO表示的平均反應(yīng)速率v=

△c

△t

=

0.25mol/L

20min

=0.0125mol/（L?min），
平衡常數(shù)K=

c(CH3OH)

c(CO)?c2(H2)

=

0.25mol/L

0.25mol/L×(0.5mol/L)2

=4（mol/L）^-2，
對(duì)于該放熱反應(yīng)，溫度升高，化學(xué)平衡常數(shù)會(huì)減小，故答案為：0.0125mol/（L?min）；4（mol/L）^-2；減��；
（3）A、容器內(nèi)氣體的平均摩爾質(zhì)量等于總質(zhì)量初一總物質(zhì)的量，質(zhì)量是守恒的保持不變，但是n變化，當(dāng)氣體的平均摩爾質(zhì)量不變了，證明達(dá)到平衡，故A正確；
B、v（H₂）_正=2v（CH₃OH）_逆才能說(shuō)明正逆反應(yīng)速率相等，化學(xué)反應(yīng)達(dá)到平衡，故B錯(cuò)誤；
C、反應(yīng)是前后氣體體積變化的反應(yīng)，容器中氣體的壓強(qiáng)保持不變，證明達(dá)到了平衡，故C正確；
D、單位時(shí)間內(nèi)生成nmolCO的同時(shí)生成2nmolH₂，不能說(shuō)明正逆反應(yīng)速率相等，不一定平衡，故D錯(cuò)誤．
故選AC．
（4）A、甲、乙相比較，把甲等效為開(kāi)始加入1molCH₃OH，和乙是等效的，甲相對(duì)于乙而言壓強(qiáng)增大了，所以甲醇的濃度c₁＞c₂，故A錯(cuò)誤；
B、甲、丙相比較，把甲等效為開(kāi)始加入1molCH₃OH，丙中甲醇的物質(zhì)的量為甲的2倍，壓強(qiáng)增大，對(duì)于反應(yīng)CH₃OH（g）?CO（g）+2H₂（g），平衡向生成甲醇的方向移動(dòng)，故2Q₁＞Q₃，故B錯(cuò)誤；
C、甲、丙溫度相等，化學(xué)平衡常數(shù)相等，故C正確；
D、甲、乙處于相同的平衡狀態(tài)，則α₁+α₂=1，由C的分析可知α₂＞α₃，所以a₁+a₃＜1，故D正確，
故答案為：CD．
（5）反應(yīng)前后氣體總質(zhì)量不變，同溫、同壓下，達(dá)到平衡時(shí)，氣體密度增大，即氣體體積縮��；平衡時(shí)混合氣體密度是同溫同壓下起始時(shí)的

4

3

倍，則總物質(zhì)的量變?yōu)樵�先�?.75倍，總物質(zhì)的量=4×0.75=3mol，反應(yīng)前后減少了3mol，即化學(xué)反應(yīng)向著正反應(yīng)方向進(jìn)行，所以正反應(yīng)速率大，即
設(shè)反應(yīng)生成甲醇Xmol，則2H₂（g）+CO（g）?CH₃OH（g）
    初始物質(zhì)的量：2      1          1
         變化量：2X      X         X
         平衡量：2-2X    1-X       1+X
 則：

4

4-2X

=

4

3

，解得X=0.5，所以平衡時(shí)甲醇的物質(zhì)的量是1.5mol，故答案為：＞；平衡時(shí)混合氣體密度是同溫同壓下起始時(shí)的

4

3

倍，則總物質(zhì)的量變?yōu)樵�先�?.75倍，反應(yīng)向著氣體物質(zhì)的量減小的方向進(jìn)行，即向著正方向進(jìn)行；1.5．

點(diǎn)評(píng)：本題涉及化學(xué)反應(yīng)的焓變和化學(xué)鍵鍵能之間的關(guān)系、化學(xué)反應(yīng)速率和平衡、等效平衡以及化學(xué)平衡的有關(guān)計(jì)算知識(shí)，綜合性強(qiáng)，難度大．