Question

2．甲醇是重要的化工原料，又可稱為燃料．工業(yè)上利用合成氣（主要成分為CO、CO₂和H₂）在催化劑的作用下合成甲醇，發(fā)生的主要反應如下：
①CO（g）+2H₂（g）═CH₃OH（g）△H
②CO₂（g）+3H₂（g）═CH₃OH（g）+H₂O（g）△H₂=-58kJ•mol^-1
③CO₂（g）+H₂（g）═CO（g）+H₂O（g）△H₃=+41kJ•mol^-1
回答下列問題：
（1）已知反應①中的相關的化學鍵鍵能數(shù)據(jù)如下：

化學鍵	H═H	C═O	C≡O	H-O	C-H
F/（kJ•mol-1）	435	343	1076	465	X

則x=413；
（2）若T℃時將6molCO₂和8molH₂充入2L密閉容器中發(fā)生反應②，測得H₂的物質(zhì)的量隨時間變化關系如圖中狀態(tài)I（圖中實線）所示．圖中數(shù)據(jù)A（1，6）代表在1min時H₂的物質(zhì)的量是6mol．
①T℃時狀態(tài)I條件下，0～3min內(nèi)CH₃OH的平均反應速率v=0.28mol/（L•min），平衡常數(shù)K=0.5；
②其他條件不變時，僅改變某一條件后測得H₂的物質(zhì)的量隨時間變化如圖中狀態(tài)Ⅱ所示，則改變的條件可能是增大壓強；
③其他條件不變，僅改變溫度時，測得H₂的物質(zhì)的量隨時間變化如圖中狀態(tài)Ⅲ所示，則狀態(tài)Ⅲ對應的溫度＞（填“＞”、“＜”或“=”）T℃；
④若狀態(tài)Ⅱ的平衡常數(shù)為K₂，狀態(tài)Ⅲ的平衡常數(shù)為K₃，則K₂＞（填“＞”、“＜”或“=”）K₃；
⑤一定溫度下同，此反應在恒容容器中進行，能判斷該反應達到化學平衡依據(jù)的是ac．
a．容器中壓強不變              b．甲醇和水蒸汽的體積比保持不變
c．v_正（H₂）=3v_逆（CH₃OH）      d．2個C═O斷裂的同時有6個H-H斷裂．

Answer 1

分析 （1）已知：①CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）△H
②CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）△H=-58kJ/mol
③CO₂（g）+H₂（g）?CO（g）+H₂O（g）△H=+41kJ/mol
根據(jù)蓋斯定律，②-③=①，據(jù)此計算△H，再結(jié)合鍵能計算x；
（2）①根據(jù)反應速率的計算公式進行計算0～3min內(nèi)CH₃OH的平均反應速率；根據(jù)圖象可知，反應在8min達到平衡，此時氫氣的物質(zhì)的量為2mol，列三段式，計算化學平衡常數(shù)K；
②Ⅱ在4min達到平衡，且平衡時氫氣的物質(zhì)的量比Ⅰ小，說明反應速率加快，且平衡正向移動，再根據(jù)影響化學平衡的因素分析可得；
③狀態(tài)Ⅲ反應速率快，平衡時氫氣的物質(zhì)的量較Ⅰ大，說明平衡逆向移動，故溫度升高了；
④根據(jù)溫度對化學平衡的移動可得K的大小；
⑤可逆反應平衡時，正逆反應速率相等，各組分含量保持不變，據(jù)此分析．

解答 解：（1）已知：①CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）△H
②CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）△H=-58kJ/mol
③CO₂（g）+H₂（g）?CO（g）+H₂O（g）△H=+41kJ/mol
根據(jù)蓋斯定律，②-③=①，則①中的△H=-58kJ/mol-41kJ/mol=-99kJ/mol；
此時△H=反應物的鍵能和-生成物的鍵能和=（1076kJ•mol^-1+435×2kJ•mol^-1）-（xkJ•mol^-1×3+465kJ•mol^-1+343kJ•mol^-1）=-99kJ/mol，解得x=413，
故答案為：413；
（2）①T℃時狀態(tài)I條件下，3min時H₂的物質(zhì)的量為3mol；變化5mol，根據(jù)反應  CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）可知CH₃OH（g）的變化物質(zhì)的量為$\frac{5}{3}$mol，此時0～3min內(nèi)CH₃OH的平均反應速率v=$\frac{（\frac{\frac{5}{3}mol}{2L}）}{3min}$≈0.28mol/（L•min）；
T℃時將6molCO₂和8molH₂充入2L密閉容器中發(fā)生反應②，根據(jù)圖象可知，反應在8min達到平衡，此時氫氣的物質(zhì)的量為2mol，列三段式：
                          CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）
起始（mol/L）：3                4                 0                   0
轉(zhuǎn)化（mol/L）：1                3                 1                   1
平衡（mol/L）：2                1                 1                   1
則反應②的平衡常數(shù)K=$\frac{1×1}{2×{1}^{3}}$=0.5；
故答案為：0.28mol/（L•min）；0.5；
②從圖象可知：Ⅱ在4min達到平衡，說明反應速率加快，可為升高溫度，加催化劑，增大壓強，平衡時氫氣的物質(zhì)的量比Ⅰ小，說明平衡正向移動，該反應放熱反應，升高溫度，平衡逆向移動，催化劑不影響平衡，該反應是個氣體體積減小的反應，增大壓強，平衡正向移動，則應該是增大壓強；
故答案為：增大壓強；
③根據(jù)圖象，狀態(tài)Ⅲ達到平衡呢所用時間短，反應速率較快，平衡時氫氣的物質(zhì)的量也較大，說明反應逆向移動，故應溫度較T℃高；
故答案為：＞；
 ④狀態(tài)Ⅱ增大壓強，溫度不變，仍為T℃，狀態(tài)Ⅲ溫度比T℃高，該反應是正反應是放熱反應，溫度升高，平衡逆向移動，化學平衡常數(shù)減小，K₂＞K₃；
故答案為：＞；
 ⑤反應CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）△H=-58kJ/mol在恒容容器中進行，
a．反應氣體體積減小，恒容時，隨著反應的進行，壓強減小，平衡后，容器中壓強保持不變，故a正確；
b．甲醇和水蒸氣作為生成物，體積比始終未1：1保持不變，故b錯誤；
c．v_正（H₂）=3v_正（CH₃OH）=3v_逆（CH₃OH），正逆反應速率相等，反應平衡，故c正確；       
d．任何時刻，2個C=O斷裂的同時都有6個H-H斷裂，故d錯誤；
故答案為：ac．

點評 本題考查了蓋斯定律、化學平衡常數(shù)的計算，影響化學平衡的因素以及化學平衡狀態(tài)的判斷，題目難度不大，重在考查對基礎知識的理解掌握．