Question

【題目】H2、CO、CH4、CH3OH等都是重要的能源，也是重要為化工原料。

（1）已知25℃，1.01×105Pa時，,8.0DgCH4完全燃燒生成二氧化碳氣體和液態(tài)水放出444.8kJ熱量。寫山該反應(yīng)的熱化學(xué)反應(yīng)方程式：____________________。

（2）為倡導(dǎo)“節(jié)能減排”和“低碳經(jīng)濟”，降低大氣中CO2的含量及有效地開發(fā)利用CO2，工業(yè)上可以用CO2來生產(chǎn)燃料甲醇。

在體積為2L的密閉容器中，充入lmolCO2和3molH2，一定條件下發(fā)生反應(yīng)：CO2(g)+3H2(g) CH3OH(g)+H2O(g)。經(jīng)測得CO2和CH3OH(g)的物質(zhì)的量隨時間變化如圖所示。

①從反或開始到平衡，CO2的平均反應(yīng)速率v(CO2)=____。

②達到平衡時，H2的轉(zhuǎn)化率為__________。

③下列措施不能提高反應(yīng)速率的是__________。

A.升高溫度 B.加入催化劑 C.增大壓強 D.及時分離出CH3OH

（3）工業(yè)上也用CO和H2為原料制備CH3OH，反應(yīng)方程式為：CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)，在一體積固定的密閉容器中投入一定量的CO和H2氣體進行上述反應(yīng)。下列敘述中能說明上述反應(yīng)達到平衡狀態(tài)的是______。

A.反應(yīng)中CO與CH3OH的物質(zhì)的量之比為1:1

B.混合氣體的壓強不隨時間的變化而變化

C.單位時間內(nèi)每消耗1molCO，同時生成1mclCH3OH

D.CH3OH的質(zhì)量分數(shù)在混合氣體中保持不變

E.混合氣體的密度保持不變

Answer 1

【答案】 CH4(g)+2O2(g)=CO2(g)+2H2O(1)△H=-889.6kJ/mol 0.0375mol/(L·min) 75% D BD

【解析】(1)0.5mol甲烷完全燃燒放熱444.8kJ，1mol甲烷完全燃燒放熱889.6kJ，據(jù)此寫出甲烷完全燃燒的熱化學(xué)程式。

（2）利用三段式解題法進行相關(guān)計算，求出反應(yīng)中變化量、平衡量；根據(jù)v=c/t計算，根據(jù)氫氣的平衡濃度判斷轉(zhuǎn)化的物質(zhì)的量,進而可計算轉(zhuǎn)化率。

（3）當(dāng)反應(yīng)達到平衡狀態(tài)時,正、逆反應(yīng)速率相等(同種物質(zhì)),各物質(zhì)的濃度、含量不再改變,以及由此衍生的一些物理量也不變，以此進行判斷。

（1）8.0gCH4的量為0.5mol，完全燃燒生成二氧化碳氣體和液態(tài)水放出444.8kJ熱量，1molCH4完全燃燒生成二氧化碳氣體和液態(tài)水放出889.6kJ熱量，熱化學(xué)方程式為：CH4(g)+2O2(g)=CO2(g)+2H2O(1)△H=-889.6kJ/mol；正確答案：CH4(g)+2O2(g)=CO2(g)+2H2O(1)△H=-889.6kJ/mol。

（2）利用三段式解題法計算:

CO2(g)+3H2(g) CH3OH(g)+H2O(g)

起始量 1 3 0 0

變化量 0.75 2.25 0.75 0.75

平衡量 0.25 0.75 0.75 0.75

①反應(yīng)達平衡，CO2的平均反應(yīng)速率v(CO2)=0.75/2×10= 0.0375mol/(L·min)；正確答案：0.0375mol/(L·min)。

②達到平衡時，H2的轉(zhuǎn)化率為2.25/3×100%=75%；正確答案：75%。

③A.升高溫度，反應(yīng)速率加快，錯誤；B.加入催化劑，更大程度地加快反應(yīng)速率，錯誤；C.增大壓強，縮小體積，增大物質(zhì)濃度，反應(yīng)速率加快，錯誤；D.及時分離出CH3OH，減小生成物濃度，反應(yīng)速率減慢，正確；正確選項D。

（3）A.平衡時反應(yīng)混合物各組分的物質(zhì)的量不變,但各組分的物質(zhì)的量不一定相等,A錯誤；B.因為該反應(yīng)為氣體總量減小的反應(yīng)，隨反應(yīng)進行混合氣體總物質(zhì)的量發(fā)生變化,混合氣體的壓強不隨時間的變化而變化,說明混合氣體總的物質(zhì)的量再不變,說明反應(yīng)到達平衡,B正確；C.單位時間內(nèi)消耗1molCO,同時生成1molCH3OH,都表示正反應(yīng)速率,反應(yīng)始終按此關(guān)系進行,不能說明到達平衡, C錯誤；D.CH3OH的質(zhì)量分數(shù)在混合氣體中保持不變，說明可逆反應(yīng)到達最大限度，即平衡狀態(tài), D正確；E.反應(yīng)前后氣體總質(zhì)量不變，容器的體積不變，混合氣體的密度始終為定值，不能判定反應(yīng)達到平衡狀態(tài)，E錯誤；正確選項BD。