Question

3．甲醇是重要的化工原料和燃料．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)生的主反應(yīng)如下：
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
（1）反應(yīng)①中的△H=-99kJ/mol．
（2）若T℃時(shí)將6molCO₂和8molH₂充入2L密閉容器中發(fā)生反應(yīng)②，測得H₂的物質(zhì)的量隨時(shí)間變化如圖中狀態(tài)Ⅰ（圖中實(shí)線）所示．圖中數(shù)據(jù)A（1，6）代表在1min時(shí)H₂的物質(zhì)的量是6mol．

①T℃時(shí)，狀態(tài)Ⅰ的條件下達(dá)到平衡時(shí)，反應(yīng)②的平衡常數(shù)K=0.5；
②若其它條件不變，僅改變某一條件，測得H₂物質(zhì)的量隨時(shí)間變化如圖狀態(tài)Ⅱ所示，則改變的條件可能是增大壓強(qiáng)；
③若其它條件不變，僅改變溫度時(shí)，測得H₂的物質(zhì)的量隨時(shí)間變化如圖狀態(tài)Ⅲ所示，則狀態(tài)Ⅲ對(duì)應(yīng)的溫度＞（填“＞”“＜”或“=”）T℃；
④若狀態(tài)Ⅱ、狀態(tài)Ⅲ的平衡常數(shù)分別為K₂和K₃，則K₂＞K₃（填“＞”“＜”“=”）．
⑤一定溫度下，若反應(yīng)在恒容容器中進(jìn)行，能判斷該反應(yīng)達(dá)到化學(xué)平衡狀態(tài)的依據(jù)是bc
a．甲醇和水蒸氣的體積比保持不變     b．容器中壓強(qiáng)保持不變
c．v正（H₂）=3v逆（CH₃OH）        d．2個(gè)C=O斷裂的同時(shí)有6個(gè)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(jì)算；
（2）①根據(jù)圖象可知，反應(yīng)在8min達(dá)到平衡，此時(shí)氫氣的物質(zhì)的量為2mol，列三段式，計(jì)算化學(xué)平衡常數(shù)K；
②Ⅱ在4min達(dá)到平衡，且平衡時(shí)氫氣的物質(zhì)的量比Ⅰ小，說明反應(yīng)速率加快，且平衡正向移動(dòng)，再根據(jù)影響化學(xué)平衡的因素分析可得；
③狀態(tài)Ⅲ反應(yīng)速率快，平衡時(shí)氫氣的物質(zhì)的量較Ⅰ大，說明平衡逆向移動(dòng)，故溫度升高了；
④根據(jù)溫度對(duì)化學(xué)平衡的移動(dòng)可得K的大小；
⑤可逆反應(yīng)平衡時(shí)，正逆反應(yīng)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；
故答案為：-99；
（2）①T℃時(shí)將6molCO₂和8molH₂充入2L密閉容器中發(fā)生反應(yīng)②，根據(jù)圖象可知，反應(yīng)在8min達(dá)到平衡，此時(shí)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(yīng)②的平衡常數(shù)K=$\frac{1×1}{2×{1}^{3}}$=0.5；
故答案為：0.5；
②從圖象可知：Ⅱ在4min達(dá)到平衡，說明反應(yīng)速率加快，可為升高溫度，加催化劑，增大壓強(qiáng)，平衡時(shí)氫氣的物質(zhì)的量比Ⅰ小，說明平衡正向移動(dòng)，該反應(yīng)放熱反應(yīng)，升高溫度，平衡逆向移動(dòng)，催化劑不影響平衡，該反應(yīng)是個(gè)氣體體積減小的反應(yīng)，增大壓強(qiáng)，平衡正向移動(dòng)，則應(yīng)該是增大壓強(qiáng)；
故答案為：增大壓強(qiáng)；
③根據(jù)圖象，狀態(tài)Ⅲ達(dá)到平衡呢所用時(shí)間短，反應(yīng)速率較快，平衡時(shí)氫氣的物質(zhì)的量也較大，說明反應(yīng)逆向移動(dòng)，故應(yīng)溫度較T℃高；
故答案為：＞；
 ④狀態(tài)Ⅱ增大壓強(qiáng)，溫度不變，仍為T℃，狀態(tài)Ⅲ溫度比T℃高，該反應(yīng)是正反應(yīng)是放熱反應(yīng)，溫度升高，平衡逆向移動(dòng)，化學(xué)平衡常數(shù)減小，K₂＞K₃；
故答案為：＞；
 ⑤反應(yīng)CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）△H=-58kJ/mol在恒容容器中進(jìn)行，
a．甲醇和水蒸氣作為生成物，體積比始終未1：1保持不變，故a錯(cuò)誤；     
b．反應(yīng)氣體體積減小，恒容時(shí)，隨著反應(yīng)的進(jìn)行，壓強(qiáng)減小，平衡后，容器中壓強(qiáng)保持不變，故b正確；
c．v_正（H₂）=3v_正（CH₃OH）=3v_逆（CH₃OH），正逆反應(yīng)速率相等，反應(yīng)平衡，故c正確；       
d．任何時(shí)刻，2個(gè)C=O斷裂的同時(shí)都有6個(gè)H-H斷裂，故d錯(cuò)誤；
故答案為：b c．

點(diǎn)評(píng) 本題考查了蓋斯定律、化學(xué)平衡常數(shù)的計(jì)算，影響化學(xué)平衡的因素以及化學(xué)平衡狀態(tài)的判斷，題目難度不大，重在考查對(duì)基礎(chǔ)知識(shí)的理解掌握．