Question

【題目】甲醇是一種重要的可再生能源。

Ⅰ．已知：2CH4(g)+O2(g)=2CO(g)+4H2(g) △H=－70.8 kJ·mol－1 CO(g)+2H2(g)=CH3OH(g) △H=－90.5 kJ·mol－1

寫(xiě)出由CH4和O2制取CH3OH(g)的熱化學(xué)方程式_____________________。

Ⅱ．對(duì)于反應(yīng)CO(g)+2H2(g)=CH3OH(g)，回答下列問(wèn)題：

(1)圖1是CO(g)和CH3OH(g)物質(zhì)的量濃度隨時(shí)間(t)的變化曲線，從反應(yīng)開(kāi)始至達(dá)到平衡時(shí)，用H2表示的反應(yīng)速率υ(H2)=________，CO的轉(zhuǎn)化率為_________。

(2) 在容積為2L的剛性容器中充入5mol CO和10mol H2，發(fā)生反應(yīng)并達(dá)到平衡，CO的平衡轉(zhuǎn)化率隨溫度(T)的變化曲線如圖2所示。

①計(jì)算B點(diǎn)平衡常數(shù)KB＝______；達(dá)到平衡時(shí)，若再充入2mol CO、4mol H2和2mol CH3OH，反應(yīng)向__________進(jìn)行(填“正反應(yīng)方向”或“逆反應(yīng)方向”)。

②比較KA、KB的大小________。

③能判斷該反應(yīng)達(dá)到化學(xué)平衡狀態(tài)的是____（填字母序號(hào)）。

A．H2的體積分?jǐn)?shù)不再改變

B．H2的消耗速率等于CH3OH的生成速率的2倍

C．H2的轉(zhuǎn)化率和CO的轉(zhuǎn)化率相等

D．混合氣體的平均相對(duì)分子質(zhì)量不再改變

Answer 1

【答案】2CH4(g)+O2(g)= CH3OH(g) △H=－251.8 kJ ·mol－1 0.3mol·L－1 ·min－1 83.3％ 4 正反應(yīng)方向 KA＜KB AD

【解析】

Ⅰ．用蓋斯定律來(lái)計(jì)算焓變，寫(xiě)出熱化學(xué)方程式；

Ⅱ． (1)根據(jù)圖1所示，濃度增大的為生成物的濃度變化曲線，即為CH3OH的濃度變化曲線，則濃度降低的為CO的濃度變化曲線，找到濃度的變化量，求出υ(CH3OH)，根據(jù)反應(yīng)速率之比等于化學(xué)計(jì)量數(shù)之比，得到υ(H2)=2υ(CH3OH)，根據(jù)圖1所示，找到CO的轉(zhuǎn)化濃度和起始濃度，用轉(zhuǎn)化濃度與起始濃度的比值可得到轉(zhuǎn)化率；

(2) ①用三段式算出平衡常數(shù)，若再充入2mol CO、4mol H2和2mol CH3OH，計(jì)算濃度商，與K比較判斷反應(yīng)進(jìn)行的方向；

②從T1到T2，升高溫度，CO的轉(zhuǎn)化率減小，即反應(yīng)逆向移動(dòng)，平衡常數(shù)減小，則KA<KB；

③判斷是否處于平衡狀態(tài)，可根據(jù)正逆反應(yīng)速率是否相等，各物質(zhì)的濃度是否不變的直接判據(jù)，也可以根據(jù)變量不變來(lái)分析。

Ⅰ.①2CH4(g)+O2(g)=2CO(g)+4H2(g)△H=－70.8 kJ/mol

②CO(g)+2H2(g)=CH3OH(g)△H=－90.5 kJ/mol

根據(jù)蓋斯定律，由①+②×2得：2CH4(g)+O2(g)= CH3OH(g) △H=－251.8 kJ ·mol－1，

故答案為：2CH4(g)+O2(g)= CH3OH(g) △H=－251.8 kJ ·mol－1；

Ⅱ.(1)根據(jù)圖1所示，濃度增大的為生成物的濃度變化曲線，即為CH3OH的濃度變化曲線，則濃度降低的為CO的濃度變化曲線，反應(yīng)5分鐘后達(dá)到平衡狀態(tài)，則υ(CH3OH)==0.15mol·L－1·min－1，則υ(H2)=2υ(CH3OH)= 0.15mol·L－1·min－1×2=0.3mol·L－1·min－1；根據(jù)圖1所示，CO起始濃度為0.9 mol·L－1，平衡時(shí)的濃度為0.15mol·L－1，則CO的濃度變化量為0.9 mol·L－1-0.15mol·L－1=0.75 mol·L－1，因此CO的轉(zhuǎn)化率為=83.3％，

答案為：0.3mol·L－1 ·min－1；83.3％；

(2) 根據(jù)圖2所示，T1溫度下，B點(diǎn)達(dá)到平衡時(shí)CO的轉(zhuǎn)化率為0.8，即CO消耗了0.8×5mol=4mol，則結(jié)合反應(yīng)列三段式：

CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)

起始(mol) 5 10 0

變化(mol) 4 8 4

平衡(mol) 1 2 4

①B點(diǎn)平衡常數(shù)KB＝=4；達(dá)到平衡時(shí)，若再充入2mol CO、4mol H2和2mol CH3OH，濃度商Qc==<4，反應(yīng)向正反應(yīng)方向進(jìn)行，

答案為：4；正反應(yīng)方向；

②從T1到T2，升高溫度，CO的轉(zhuǎn)化率減小，即反應(yīng)逆向移動(dòng)，平衡常數(shù)減小，則KA<KB，

答案為：KA<KB；

③A．H2的體積分?jǐn)?shù)不再改變是化學(xué)平衡的特征，達(dá)到了平衡；

B．H2的消耗速率等于CH3OH的生成速率的2倍，都是指正反應(yīng)方向，不能說(shuō)明正逆反應(yīng)速率相等，不一定平衡；

C．CO與H2起始物質(zhì)的量之比為1:2，轉(zhuǎn)化物質(zhì)的量之比為1:2，體系中H2的轉(zhuǎn)化率和CO的轉(zhuǎn)化率恒相等，體系中H2的轉(zhuǎn)化率和CO的轉(zhuǎn)化率相等不能說(shuō)明正逆反應(yīng)速率相等；

D．混合氣體的平均相對(duì)分子質(zhì)量等于質(zhì)量和物質(zhì)的量的比值，物質(zhì)的量變化，質(zhì)量不變，所以當(dāng)體系中氣體的平均相對(duì)分子質(zhì)量不再改變，證明達(dá)到了平衡；

答案選AD。