Question

20．甲醇可作為燃料電池的原料．通過下列反應可以制備甲醇：CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）△H=-90.8kJ•mol^-1在一容積可變的密閉容器中充入10mol CO 和20mol H₂，CO的平衡轉化率隨溫度（T）、壓強（P）的變化如圖所示，當達到平衡狀態(tài)A時，容器的體積為20L．
（1）T₁℃反應的平衡常數為4．
（2）圖中P₁＜ P₂（填“＞”、“＜”或“=”）．
（3）如反應開始時仍充入10mol CO和20mol H₂，則在平衡狀態(tài)B 時容器的體積V（B）=4L．
（4）關于反應CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）在化學平衡狀態(tài)時的描述正確的是AD（填字母，下同）．
A．CO 的含量保持不變             
B．容器中CH₃OH 濃度與H₂ 濃度相等
C．2v_正（CH₃OH）=v _正（H₂）      
D．容器中混合氣體的平均相對分子質量保持不變
（5）已知CO₂（g）+H₂（g）?CO（g）+H₂O（g）△H=+41.3kJ•mol^-1，試寫出由CO₂和H₂制取氣態(tài)甲醇和氣態(tài)水的熱化學方程式CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）△H=-49.5kJ•mol^-1．

Answer 1

分析 （1）結合圖象T₁、P₁狀態(tài)下CO的轉化率為0.5，根據三段式列式計算反應平衡時個物質的量，計算K；
（2）正反應方向為氣體體積減小的方向，T₁℃時比較CO的轉化率，轉化率越大，則壓強越大；
（3）A、B反應溫度相等，則平衡常數相等，根據三段式列出B狀態(tài)下各組分濃度，利用平衡常數計算；
（4）根據化學平衡狀態(tài)的特征：正逆反應速率相同，各成分濃度保持不變分析判斷選項；
（5）已知：①CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）△H=-90.8kJ•mol^-1
②CO₂（g）+H₂（g）?CO（g）+H₂O（g）△H=+41.3kJ•mol^-1
根據蓋斯定律，①+②可得．

解答 解：（1）分析圖象可知，A狀態(tài)下CO的轉化率為0.5，則CO轉化了10mol×0.5=5mol，根據三段式：
                      CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH
起始物質的量：10            20               0
轉化物質的量：5             10               5  
平衡物質的量：5             10               5
當達到平衡狀態(tài)A時，容器的體積為20L．則平衡常數K=$\frac{5mol÷20L}{（5mol÷20L）•（10mol÷20L）^2}$=4；
故答案為：4；
（2）正反應方向為氣體體積減小的方向，T₁℃時比較CO的轉化率，轉化率越大，則壓強越大，圖象中P₂轉化率大于P₁，可知P₁＜P₂；
故答案為：＜；
（3）分析圖象得B點時CO的轉化率為0.8，根據三段式：
                    CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）
起始（mol）：10     20         0
轉化（mol）：8      16         8
平衡（mol）：2       4         8
設體積為VL，A、B兩容器溫度相同，即化學平衡常數相等，則有K=$\frac{（8÷V）}{（2÷V）•（4÷V）^2}$=4，解得V=4L；
故答案為：4；
（4）A．CO的含量保持不變，說明反應達到平衡，故A正確；
B．容器中CH₃OH濃度與CO濃度相等，與消耗量和起始量有關反應不一定達到平衡，故B錯誤；
C．反應速率之比等于化學方程式系數之比是正反應速率之比，2V_正（CH₃OH）=V_正（H₂），均是指正反應速率，不能判斷達到化學平衡狀態(tài)，故C錯誤；
D．混合氣體質量不變，反應前后體積不同，反應過程中密度變化，容器中混合氣體的密度保持不變說明反應達到平衡，故D正確；
故答案為：AD；
（5）已知：①CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）△H=-90.8kJ•mol^-1
②CO₂（g）+H₂（g）?CO（g）+H₂O（g）△H=+41.3kJ•mol^-1
根據蓋斯定律，①+②可得：CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）△H=-49.5 kJ•mol^-1；
故答案為：CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）△H=-49.5 kJ•mol^-1

點評 本題考查蓋斯定律，圖象分析以及三段式計算的應用等，考查范圍廣，難度中等，對于化學平衡狀態(tài)的判斷和電極反應式是高考的熱點，能夠熟練應用．