Question

【題目】甲醇是重要的化工原料，利用煤化工中生產(chǎn)的CO、CO2和H2可制取甲醇等有機(jī)物，發(fā)生的反應(yīng)有：

①CO(g)+2H2(g)CH3OH(g) △H1=－99kJmol-1

②CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g) △H2

相關(guān)物質(zhì)的化學(xué)鍵鍵能數(shù)據(jù)如下：CH3OH結(jié)構(gòu)式

化學(xué)鍵	C=O(CO2)	H—H	C—O	H—O	C—H
E/(kJ·mol-1)	803	436	343	465	413

(1)該反應(yīng)△H2=____________。

(2)關(guān)于反應(yīng)①下列說法，正確的是____________。

A.該反應(yīng)在任何溫度下都能自發(fā)進(jìn)行

B.升高溫度，正反應(yīng)速率增大，逆反應(yīng)速率減小

C.使用催化劑，不能提高CO的轉(zhuǎn)化率

D.增大壓強(qiáng)，該反應(yīng)的化學(xué)平衡常數(shù)不變

(3)在某溫度下，將1.0moCO與2.0molH2充入2L的空鋼瓶中，發(fā)生反應(yīng)①，在第5min時達(dá)到化學(xué)平衡狀態(tài)，此時甲醇的物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)為0.1。在第10min、20min時分別改變反應(yīng)條件，甲醇的濃度在不同條件下的變化狀況如圖所示：

①從反應(yīng)開始到5min時，生成甲醇的平均速率為____________。

②H2的平衡轉(zhuǎn)化率α=____________%，化學(xué)平衡常數(shù)K=____________。

③1min時，υ正____________υ逆(填“大于”“小于”或“等于”)

④1mim時υ正____________4min時υ逆(填“大于”“小于”或“等于”)

⑤比較甲醇在7～8min、12～13min和25～27min時平均反應(yīng)速率[平均反應(yīng)速率分別以υ(7～8)、υ(12～13)、υ(25～27)表示的大小____________。

⑥若將鋼瓶換成同容積的絕熱容器，重復(fù)上述試驗(yàn)，平衡時甲醇的物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)____________0.1(填“>”、“<”或“=”)。

Answer 1

【答案】－63kJ·mol-1 CD 0.025mol·L-1·min-1 25 0.59 大于 大于 υ(12~13)>υ(7~8)＝υ(25~27) <

【解析】

反應(yīng)熱=反應(yīng)物總鍵能-生成物總鍵能；根據(jù)三段式解析，計算求得反應(yīng)速率、轉(zhuǎn)化率和平衡常數(shù)；反應(yīng)正向進(jìn)行時，正反應(yīng)速率大于逆反應(yīng)速率；平衡時平均速率為0；絕熱條件，放熱反應(yīng)發(fā)生后體系溫度升高，考慮平衡移動的方向。

(1)反應(yīng)熱=反應(yīng)物總鍵能-生成物總鍵能，CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)，該反應(yīng)△H2=2×803 kJ·mol-1+3×436 kJ·mol-1-(3×413+343+465)kJ·mol-1-2×465 kJ·mol-1=－63 kJ·mol-1；

(2)①CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)△H1=－99 kJ·mol-1

A. △H1=－99 kJ·mol-1，△S<0，△G=△H-T△S，該反應(yīng)在低溫下可能自發(fā)進(jìn)行，故A錯誤；

B.升高溫度，正反應(yīng)速率增大，逆反應(yīng)速率也增大，故B錯誤；

C.使用催化劑，不改變平衡，不能提高CO的轉(zhuǎn)化率，故C正確；

D.平衡常數(shù)只與溫度有關(guān)，增大壓強(qiáng)，溫度不變，該反應(yīng)的化學(xué)平衡常數(shù)不變，故D正確；

故選CD。

(3)根據(jù)題目數(shù)據(jù)計算如下：

甲醇的物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)為=10%，所以 x=0.125mol·L-1；

甲醇的速率=0.025 mol·L-1·min-1；

②由上述計算，反應(yīng)的氫氣為2×0.125 mol·L-1=0.25 mol·L-1，轉(zhuǎn)化率為×100%=25%；達(dá)平衡時CO、H2和CH3OH的物質(zhì)的量濃度分別為：0.375 mol·L-1、0.75 mol·L-1和0.125 mol·L-1，所以平衡常數(shù)K＝＝0.59；

③1min時，沒有達(dá)到平衡，甲醇的濃度增大，反應(yīng)正向進(jìn)行，υ正>υ逆；

④反應(yīng)達(dá)平衡的速率圖象如下圖：

所以，在達(dá)平衡前任意點(diǎn)的正反應(yīng)速率大于任意點(diǎn)的逆反應(yīng)速率，即1min時的υ正(CH3OH)＞4min 時υ逆(CH3OH )；

⑤12～13min處于非平衡狀態(tài)，反應(yīng)速度大，甲醇在7～8min、25～27min處于平衡狀態(tài)，平均反應(yīng)速率為0，甲醇在7～8min、12～13min和25～27min時平均反應(yīng)速率的大小：υ(12~13)>υ(7~8)＝υ((25~27)；

⑥若將鋼瓶換成同容積的絕熱鋼瓶，重復(fù)上述實(shí)驗(yàn)，則反應(yīng)放出的熱量不能散發(fā)，會使體系溫度上升，正反應(yīng)放熱，溫度升高，平衡逆向移動，甲醇體積分?jǐn)?shù)將減小，所以小于0.1。