Question

【題目】碳的化合物在生產、生活中有著重要的作用。

（1）已知：2CO(g)+O2(g)2CO2(g) △H1=－566kJ·molˉ1

H2O(g)+CO(g)H2(g)+CO2(g) △H2=－41kJ·molˉ1

CO(g)+2H2(g)CH3OH(g) △H3=－107kJ·molˉ1

則CH3OH(g)+O2(g) CO2(g)+2H2O(g) △H=___kJ·molˉ1

（2）T℃時，向容積均為2L的A、B兩個密閉容器中均通入4.0molCO2和6.8molH2，發生反應：CO2(g)+3H2(g) CH3OH(g)+H2O(g) △H=-50kJ·molˉ1。A容器中的反應在恒溫、恒容條件下進行；B容器中的反應在恒溫、恒壓條件下進行，測得A容器中CO2的轉化率 α (CO2) 隨時間的變化如圖所示。

①在0~5min內A容器中v(CH3OH)=___；該溫度下上述反應的平衡常數K=___(保留兩位有效數字)。

②反應開始至平衡的過程中，A、B兩容器中CO2的消耗速率的大小關系為v(A)___(填“>”“<”或“=”)v(B)。

③反應過程中，下列各項指標能表明A容器中反應的v正>v逆的是___(填標號)

a.體系內的壓強增大

b.氣體的平均相對分子質量增大

c.斷裂H－H鍵的數目是形成C－O鍵數目的2倍

d.v逆(CO2)=v正(H2)

Answer 1

【答案】-660 0.16mol/(L·min) 0.53 < b

【解析】

(1)根據蓋斯定律，將已知的熱化學方程式進行疊加，可得要求的反應的反應熱；

(2)①結合CO2的轉化率，計算CO2的轉化量，然后根據化學反應速率是定義計算v(CO2)，再根據物質反應速率與化學計算量關系計算v(CH3OH)，根據平衡常數的定義式計算反應的化學平衡常數；

②反應開始時，兩個容器的容積相同，容器內的氣體的物質的量相同，A為恒溫恒容，B為恒溫、恒壓，結合反應的正反應是氣體體積減小的反應及壓強對化學反應速率的影響分析；

③若對于A容器，若反應的v正>v逆，則反應未達到平衡，正向進行。

(1)①2CO(g)+O2(g)2CO2(g) △H1=－566kJ·molˉ1，

②H2O(g)+CO(g)H2(g)+CO2(g) △H2=－41kJ·molˉ1，

③CO(g)+2H2(g)CH3OH(g) △H3=－107kJ·molˉ1

根據蓋斯定律，①+②×2+①×，整理可④式CO(g)+2H2(g)+O2(g) CO2(g)+2H2O(g) △H=-767kJ·molˉ1；

④-③，整理可得CH3OH(g)+O2(g) CO2(g)+2H2O(g) △H=-660kJ·molˉ1；

(2)對于A容器，反應在恒溫、恒容條件下進行，反應開始時n(CO2)= 4.0mol，由于反應進行到5min時CO2的轉化率是0.40，所以反應的CO2的物質的量為△n(CO2)= 4.0mol×0.4=1.6mol，所以用CO2表示的化學反應v(CO2)==0.16mol/(L·min)。根據物質反應時化學反應的速率比等于化學方程式中相應物質的化學計量數的比可知：v(CH3OH)=v(CO2)=0.16mol/(L·min)；

根據方程式CO2(g)+3H2(g) CH3OH(g)+H2O(g)可知CO2反應了1.6mol，則會同時有4.8molH2發生反應，反應達到平衡時CO2的物質的量是2.4mol，H2的物質的量是2mol，反應產生1.6mol CH3OH和1.6molH2O，由于反應容器的容積是2L，因此各種物質的平衡濃度分別是：c(CO2)=1.2mol/L，c(H2)=1mol/L，c(CH3OH)=c(H2O)=0.8mol/L，則該反應達到平衡時該反應的化學平衡常數K==0.53；

②反應開始時，兩個容器的容積相同，容器內的氣體的物質的量相同，A為恒溫恒容，B為恒溫、恒壓，反應CO2(g)+3H2(g) CH3OH(g)+H2O(g)的正反應是氣體體積減小的反應，隨著反應的進行，容器內氣體的壓強減小，要維持體系的壓強不變，則B容器相當于A容器反應達到平衡后，對反應體系增大壓強，增大壓強，物質的濃度增大，化學反應速率增大，所以反應開始至平衡的過程中，A、B兩容器中CO2的消耗速率的大小關系為v(A)<v(B)。

③a.該反應的正反應為放熱反應，無論是反應正向進行還是反應達到平衡狀態，體系內的壓強都比反應開始時壓強大。所以不能根據體系壓強增大判斷反應正向進行，span>v正>v逆，a錯誤；

b.該反應的正反應是氣體體積減小的反應，若反應正向進行，則氣體的物質的量減小，氣體的平均相對分子質量增大，故可據此判斷v正>v逆，b正確；

c.根據方程式可知：反應正向進行時，斷裂H－H鍵的數目是形成C－O鍵數目的3倍，不可能是形成C－O鍵數目的2倍，c錯誤；

d.在任何條件下，v正(H2)=3v正(CO2)，若v逆(CO2)=v正(H2)，則v逆(CO2)=3v正(CO2)，反應正向進行，所以v正<v逆，d錯誤；

故合理選項是b。