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，8.0g CH4完全燃燒生成二氧化碳?xì)怏w和液態(tài)水放出444.8kJ熱量。寫出該反應(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lmol CO2和3mol H2，一定條件下發(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從反應(yīng)開始到平衡，CO2的平均反應(yīng)速率v(CO2)=___________________。

②達(dá)到平衡時，H2的轉(zhuǎn)化率為__________。

③該反應(yīng)的平衡常數(shù)K=___________________（表達(dá)式）。

④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(dá)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1 mol CO，同時生成1 mol CH3OH

D.CH3OH的質(zhì)量分?jǐn)?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) + H2O(l) △H=－889.6 kJ/mol 0.0375mol/(L·min) 75﹪ c(CH3OH)·c(H2O)/c(CO2)·c3(H2) D BD

【解析】（1）根據(jù)n=m/M計算出8.0g甲烷的物質(zhì)的量，然后可計算出1mol甲烷完全燃燒生成液態(tài)水放出的熱量，最后利用熱化學(xué)方程式的書寫原則寫出甲烷燃燒的熱化學(xué)方程式．（2）①根據(jù)速率v=△C/△t結(jié)合三行式進行計算；②達(dá)到平衡時，H2的轉(zhuǎn)化率=反應(yīng)的氫氣的物質(zhì)的量/氫氣的總量③化學(xué)反應(yīng)的平衡常數(shù)K=各個生成物平衡濃度系數(shù)次方的乘積和各個反應(yīng)物平衡濃度系數(shù)次方乘積的比值。④根據(jù)外界條件對反應(yīng)速率的影響因素來分析。（3）化學(xué)平衡狀態(tài)的特征：等，即V正=V逆，定，即達(dá)到平衡后反應(yīng)物、生成物物質(zhì)的量，質(zhì)量，濃度，百分含量等保持不變據(jù)此判斷解答；

（1）8.0g CH4的物質(zhì)的量為：8.0g/16g·mol－1=0.5mol，0.5molCH4完全燃燒生成液態(tài)水放出444.8kJ熱量，則1mol CH4完全燃燒生成液態(tài)水放出的熱量為：444.8kJ×1mol/0.5mol=889.6kJ，則甲烷燃燒的熱化學(xué)方程式為：CH4（g）+2O2（g）=CO2（g）+2H2O（l）△H=-889.6 kJ·mol－1。（2）在體積為2L的密閉容器中，充入lmol CO2和3mol H2，一定條件下發(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。二氧化碳是反應(yīng)物隨反應(yīng)進行物質(zhì)的量減小，甲醇是生成物，隨反應(yīng)進行物質(zhì)的量增大；10nim內(nèi)達(dá)到平衡，生成甲醇物質(zhì)的量為0.75mol，二氧化碳物質(zhì)的量變化了0.75mol；則①依據(jù)化學(xué)平衡列式計算為：

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

起始量（mol） 1 3 0 0

變化量（mol） 0.75 2.25 0.75 0.75

平衡量（mol） 0.25 0.75 0.75 0.75

CO2的平均反應(yīng)速率v（CO2）=0.75mol·（2L）－1·10min-1

=0.0375mol/(L·min)；

①從反應(yīng)開始到平衡，CO2的平均反應(yīng)速率v(CO2)=0.0375mol/(L·min)。②達(dá)到平衡時，H2的轉(zhuǎn)化率為2.275mol/3mol×00%=75﹪。③該反應(yīng)的平衡常數(shù)K=c(CH3OH)·c(H2O)/c(CO2)·c3(H2)（表達(dá)式）。④A.升高溫度加快反應(yīng)速率，故A錯誤；B.加入催化劑加快反應(yīng)速率，故B錯誤；C.增大壓強加快反應(yīng)速率，故C錯誤；D.及時分離出CH3OH，濃度降低，減慢反應(yīng)速率，故D正確；故選D。（3）A.反應(yīng)中CO與CH3OH的物質(zhì)的量之比為1:1，無法確定是否達(dá)到平衡狀態(tài)，不能作為判斷平衡的標(biāo)志故A錯誤；B.該反應(yīng)前后氣體體積不相等，則壓強不變說明達(dá)到平衡，故B正確；C.單位時間內(nèi)每消耗1 mol CO是正速率，同時生成1 mol CH3OH也是正速率，所指的速率都是表示正反應(yīng)速率，不能作為判斷平衡標(biāo)志，故C錯誤；D.CH3OH的質(zhì)量分?jǐn)?shù)在混合氣體中保持不變，CH3OH組成一定，說明達(dá)到平衡，故D正確；E.反應(yīng)物和產(chǎn)物都是氣體，則氣體總質(zhì)量不變、容器體積不變，則密度始終不變，故E錯誤；故選BD。