Question

12．在工業(yè)上常用CO和H₂合成甲醇，反應(yīng)方程式為：CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）△H=a kJ/mol．
已知：
①CO（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）═CO₂（g）△H₁=-283.0kJ/mol
②H₂（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）═H₂O（g）△H₂=-241.8kJ/mol
③CH₃OH（g）+$\frac{3}{2}$O₂（g）═CO₂（g）+2H₂O（g）△H₃=-192.2kJ/mol
回答下列問題：
（1）a=-574.4KJ/mol．
（2）能說明反應(yīng)CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）已達(dá)平衡狀態(tài)的是CD（填字母）．
A．單位時(shí)間內(nèi)生成1mol CH₃OH（g）的同時(shí)消耗了1mol CO（g）
B．在恒溫恒容的容器中，混合氣體的密度保持不變
C．在絕熱恒容的容器中，反應(yīng)的平衡常數(shù)不再變化
D．在恒溫恒壓的容器中，氣體的平均摩爾質(zhì)量不再變化
（3）在T₁℃時(shí)，體積為2L的恒容容器中充入物質(zhì)的量之和為3mol的H₂和CO，反應(yīng)達(dá)到平衡時(shí)CH₃OH的體積分?jǐn)?shù)（V%）與$\frac{n（{H}_{2}）}{n（CO）}$的關(guān)系如圖所示．當(dāng)起始$\frac{n（{H}_{2}）}{n（CO）}$=2，經(jīng)過5min達(dá)到平衡，CO的轉(zhuǎn)化率為0.6，則0～5min內(nèi)平均反應(yīng)速率v（H₂）=0.12mol/（L•min）．若此時(shí)再向容器中加入CO（g）和CH₃OH（g）各0.4mol，達(dá)新平衡時(shí)H₂的轉(zhuǎn)化率將增大（選填“增大”、“減小”或“不變”）

Answer 1

分析 （1）根據(jù)已知反應(yīng)，利用蓋斯定律來分析；
（2）根據(jù)化學(xué)平衡狀態(tài)的特征解答，當(dāng)反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)時(shí)，正逆反應(yīng)速率相等，各物質(zhì)的濃度、百分含量不變，以及由此衍生的一些量也不發(fā)生變化，解題時(shí)要注意，選擇判斷的物理量，隨著反應(yīng)的進(jìn)行發(fā)生變化，當(dāng)該物理量由變化到定值時(shí)，說明可逆反應(yīng)到達(dá)平衡狀態(tài)；
（3）根據(jù)題意可知，在T₁℃時(shí)，體積為2L的恒容容器中充入的H₂和CO的物質(zhì)的量分別是2mol和1mol，即H₂和CO的初始濃度分別為1mol/L和0.5mol/L，而經(jīng)過5min達(dá)到平衡，CO的轉(zhuǎn)化率為0.6，故有△c（CO）=0.3mol/L，根據(jù)濃度的該變量之比等于計(jì)量數(shù)之比，可計(jì)算出△c（H₂）和△c（CH₃OH），0～5min內(nèi)平均反應(yīng)速率v（H₂）=$\frac{△c（{H}_{2}）}{△t}$；結(jié)合初始濃度可計(jì)算出各物質(zhì)的平衡濃度，并能計(jì)算出此溫度下的平衡常數(shù)；若此時(shí)再向容器中加入CO（g）和CH₃OH（g）各0.4mol，則能計(jì)算出此時(shí)的濃度商Qc，并將Qc與平衡常數(shù)做對(duì)比，得出平衡移動(dòng)的方向，從而判斷達(dá)新平衡時(shí)H₂的轉(zhuǎn)化率．

解答 解：（1）已知反應(yīng)①CO（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）═CO₂（g）△H₁=-283.0kJ/mol
②H₂（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）═H₂O（g）△H₂=-241.8kJ/mol
③CH₃OH（g）+$\frac{3}{2}$O₂（g）═CO₂（g）+2H₂O（g）△H₃=-192.2kJ/mol，
利用蓋斯定律可知，將①+②×2-③可得：CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）則△H=a kJ/mol=（-283.0kJ/mol）+（-241.8kJ/mol）×2-（-192.2kJ/mol）=-574.4KJ/mol，即a=-574.4KJ/mol，故答案為：-574.4KJ/mol；
（2）A．單位時(shí)間內(nèi)生成1mol CH₃OH（g）時(shí)，一定會(huì)消耗1mol CO（g），故不能作為平衡的標(biāo)志，故A錯(cuò)誤；
B．由于此反應(yīng)全部是氣體參與和生成的反應(yīng)，故反應(yīng)體系中氣體的質(zhì)量不變，而又是在恒溫恒容的容器中，容器體積不變，則混合氣體的密度ρ=$\frac{m}{V}$一直保持不變，即不能作為平衡的標(biāo)志，故B錯(cuò)誤；
C．在絕熱恒容的容器中，反應(yīng)的平衡常數(shù)不再變化，說明容器的溫度已不再變化，則說明反應(yīng)達(dá)平衡，故C正確；
D．此反應(yīng)是個(gè)氣體的物質(zhì)的量減小的反應(yīng)，故當(dāng)沒有平衡時(shí)，氣體的物質(zhì)的量逐漸減小，而氣體的總質(zhì)量不變，故平衡前氣體的平均摩爾質(zhì)量會(huì)逐漸增大，則當(dāng)平均摩爾質(zhì)量不變時(shí)，則反應(yīng)達(dá)平衡，故D正確．
故選CD．
（3）根據(jù)題意可知，在T₁℃時(shí)，體積為2L的恒容容器中充入的H₂和CO的物質(zhì)的量分別是2mol和1mol，即H₂和CO的初始濃度分別為1mol/L和0.5mol/L，而經(jīng)過5min達(dá)到平衡，CO的轉(zhuǎn)化率為0.6，故有△c（CO）=0.3mol/L，由于濃度的該變量之比等于計(jì)量數(shù)之比，可計(jì)算出△c（H₂）=0.6mol/L，c（CH₃OH）=0.3mol/L，根據(jù)三段式則有：CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）
初始濃度：0.5mol/L         1mol/L                  0
△C：0.3mol/L        0.6mol/L                0.3mol/L
平衡濃度：0.2mol/L          0.4mol/L               0.3mol/L
0～5min內(nèi)平均反應(yīng)速率v（H₂）=$\frac{△c（{H}_{2}）}{△t}$=$\frac{0.6mol/L}{5min}$=0.12mol/（L•min）；
此溫度下的平衡常數(shù)K=$\frac{0.3mol/L}{0.2mol/L×（0.4mol/L）^{2}}$=9.38；
若此時(shí)再向容器中加入CO（g）和CH₃OH（g）各0.4mol，則濃度商Qc=$\frac{0.3mol/L+\frac{0.4mol}{2L}}{（0.2mol/L+\frac{0.4mol}{2L}）×（0.4mol/L）^{2}}$=7.8＜K，故再向容器中加入CO（g）和CH₃OH（g）各0.4mol時(shí)，平衡向右移，故當(dāng)達(dá)新平衡時(shí)H₂的轉(zhuǎn)化率回增大．
故答案為：0.12mol/（L•min）；增大；

點(diǎn)評(píng) 本題考查了蓋斯定律的應(yīng)用以及反應(yīng)達(dá)平衡的判斷和利用三段式來計(jì)算反應(yīng)速率和化學(xué)平衡常數(shù)以及判斷平衡移動(dòng)方向等問題，綜合性較強(qiáng)，但難度適中，是高考常見的題型和重點(diǎn)題型．