Question

1．二氧化碳與氫氣催化合成甲醇，發(fā)生的反應(yīng)為：CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）
（1）已知：

化學(xué)鍵	H-H	C-O	C=O	H-O	C-H
鍵能（KJ•mol-1）	436	326	803	464	414

計(jì)算上述反應(yīng)的△H=-46kJ•mol^-1．
（2）一定條件下，將n（CO₂）：n（H₂）=1：1的混合氣充入恒溫恒容密閉容器中，下列事實(shí)可以說明該反應(yīng)已達(dá)到平衡的是BCEF（填選項(xiàng)字母）
A、容器內(nèi)氣體密度保持不變             B、CO₂的體積分?jǐn)?shù)保持不變
C、H₂O（g）與CO₂（g）的生成速率之比為1：1       D、該反應(yīng)的平衡常數(shù)保持不變
E、混合氣體的平均相對(duì)分子質(zhì)量不變           F、容器中壓強(qiáng)保持不變
（3）一定條件下，往2L恒容密閉容器中充入1.2molCO₂和3.6molH₂，在不同催化劑作用下的反應(yīng)Ⅰ、反應(yīng)Ⅱ與反應(yīng)Ⅲ，相同時(shí)間內(nèi)CO₂轉(zhuǎn)化率隨溫度變化的數(shù)據(jù)如表所示，據(jù)表中數(shù)據(jù)繪制圖1：

相同時(shí)間內(nèi)CO2轉(zhuǎn)化率	T1	T2	T3	T4	T5
反應(yīng)Ⅰ	65%	77%	80%	80%	66.67%
反應(yīng)Ⅱ	56%	67%	76%	80%	66.67%
反應(yīng)Ⅲ	48%	62%	72%	80%	66.67%

（T₅時(shí)，圖1中C點(diǎn)轉(zhuǎn)化率為66.67%，即轉(zhuǎn)化了$\frac{2}{3}$）
①催化劑效果最佳的反應(yīng)是反應(yīng)Ⅰ（填“反應(yīng)Ⅰ”、“反應(yīng)Ⅱ”、“反應(yīng)Ⅲ”）
②T₃的b點(diǎn)v_（正）＞v_（逆）．（填“＞”“＜”“=”）
③T₄的a點(diǎn)轉(zhuǎn)化率比T₅的c點(diǎn)高原因是該反應(yīng)為放熱反應(yīng)，溫度升高，平衡逆向移動(dòng)．
④在溫度為T₅時(shí)，該反應(yīng)的平衡常數(shù)K=$\frac{100}{27}$．
⑤在溫度為T₅時(shí)，CH₃OH的濃度隨時(shí)間變化的趨勢(shì)如圖2所示．
當(dāng)時(shí)間到達(dá)t₁時(shí)，將生成的甲醇和水同時(shí)除去，并維持該溫度，在t₂時(shí)達(dá)到平衡．
請(qǐng)?jiān)趫D2 中畫出t₁時(shí)刻后CH₃OH的濃度變化總趨勢(shì)曲線．

Answer 1

分析 （1）反應(yīng)熱=反應(yīng)物總鍵能-生成物總鍵能；
（2）可逆反應(yīng)到達(dá)平衡時(shí)，同種物質(zhì)的正逆速率相等，各組分的濃度、含量保持不變，由此衍生的其它一些量不變，判斷平衡的物理量應(yīng)隨反應(yīng)進(jìn)行發(fā)生變化，該物理量由變化到不變化說明到達(dá)平衡；
（3）①相同溫度下，相同時(shí)間內(nèi)CO₂轉(zhuǎn)化率越大，說明催化劑效果越好；
②T₄時(shí)處于平衡狀態(tài)，正反應(yīng)為放熱反應(yīng)，溫度越高轉(zhuǎn)化率越小，T₃平衡時(shí)轉(zhuǎn)化率應(yīng)大于T₄，a、b點(diǎn)轉(zhuǎn)化率相等，故b點(diǎn)向正反應(yīng)進(jìn)行；
③該反應(yīng)為放熱反應(yīng)，溫度升高，平衡逆向移動(dòng)；
④一定條件下，往2L恒容密閉容器中充入1.2molCO₂和3.6molH₂，在溫度為T₅時(shí)，平衡時(shí)C點(diǎn)二氧化碳轉(zhuǎn)化率為66.67%，則轉(zhuǎn)化的二氧化碳為1.2mol×66.67%=0.8mol，則：
               CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）
起始濃度（mol/L）：0.6    1.8       0          0
變化濃度（mol/L）：0.4   1.2       0.4         0.4
平衡濃度（mol/L）：0.2     0.6       0.4        0.4
代入平衡常數(shù)K=$\frac{c（C{H}_{3}OH）×c（{H}_{2}O）}{c（C{O}_{2}）×{c}^{3}（{H}_{2}）}$計(jì)算；
⑤當(dāng)時(shí)間到達(dá)t₁時(shí)，將生成的甲醇和水同時(shí)除去，并維持該溫度，瞬間甲醇的濃度為，平衡正向移動(dòng)，而后甲醇的濃度增大平衡狀態(tài)不變，等效為開始加入0.2mol/LCO₂和0.6mol/LH₂到達(dá)的平衡，結(jié)合④中平衡常數(shù)計(jì)算平衡濃度，據(jù)此作圖．

解答 解：（1）反應(yīng)熱=反應(yīng)物總鍵能-生成物總鍵能，故△H=2×803kJ/mol+3×436kJ/mol-3×414kJ/mol-326kJ/mol-3×464kJ/mol=-46kJ/mol，故答案為：-46；
（2）A．混合氣體總質(zhì)量不變，恒溫恒容下，容器內(nèi)氣體密度始終保持不變，故A錯(cuò)誤；
B．平衡時(shí)各組分含量不變，CO₂的體積分?jǐn)?shù)保持不變說明到達(dá)平衡，故B正確；
C．H₂O（g）與CO₂（g）的生成速率之比為1：1，說明二氧化碳的生成速率與消耗速率相等，反應(yīng)到達(dá)平衡，故C正確；
D．溫度不變，平衡常數(shù)不變，該反應(yīng)的平衡常數(shù)保持不變不能說明到達(dá)平衡，故D錯(cuò)誤；
E．混合氣體總質(zhì)量不變，隨反應(yīng)進(jìn)行混合氣體物質(zhì)的量減小，平均相對(duì)分子質(zhì)量增大，平均相對(duì)分子質(zhì)量不變說明到達(dá)平衡，故E正確；
F．隨反應(yīng)進(jìn)行混合氣體物質(zhì)的量減小，恒溫恒容下壓強(qiáng)減小，容器中壓強(qiáng)保持不變說明到達(dá)平衡，故F正確，
故選：BCEF；
（3）①相同溫度下，相同時(shí)間內(nèi)反應(yīng)Ⅰ中CO₂轉(zhuǎn)化率越大，說明反應(yīng)Ⅰ催化劑效果越好，故答案為：反應(yīng)Ⅰ；
②T₄時(shí)處于平衡狀態(tài)，正反應(yīng)為放熱反應(yīng)，溫度越高轉(zhuǎn)化率越小，T₃平衡時(shí)轉(zhuǎn)化率應(yīng)大于T₄，a、b點(diǎn)轉(zhuǎn)化率相等，故b點(diǎn)向正反應(yīng)進(jìn)行．則b點(diǎn)v_（正）＞v_（逆），故答案為：＞；
③該7反應(yīng)為放熱反應(yīng)，溫度升高，平衡逆向移動(dòng)，二氧化碳轉(zhuǎn)化率降低，
故答案為：該反應(yīng)為放熱反應(yīng)，溫度升高，平衡逆向移動(dòng)；
④一定條件下，往2L恒容密閉容器中充入1.2molCO₂和3.6molH₂，在溫度為T₅時(shí)，平衡時(shí)C點(diǎn)二氧化碳轉(zhuǎn)化率為66.67%，則轉(zhuǎn)化的二氧化碳為1.2mol×66.67%=0.8mol，則：
                CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）
起始濃度（mol/L）：0.6    1.8        0         0
變化濃度（mol/L）：0.4   1.2        0.4      0.4
平衡濃度（mol/L）：0.2     0.6        0.4      0.4
則平衡常數(shù)K=$\frac{c（C{H}_{3}OH）×c（{H}_{2}O）}{c（C{O}_{2}）×{c}^{3}（{H}_{2}）}$=$\frac{0.4×0.4}{0.2×0．{6}^{3}}$=$\frac{100}{27}$，
故答案為：$\frac{100}{27}$；
⑤當(dāng)時(shí)間到達(dá)t₁時(shí)，將生成的甲醇和水同時(shí)除去，并維持該溫度，瞬間甲醇的濃度為，平衡正向移動(dòng)，而后甲醇的濃度增大平衡狀態(tài)不變，等效為開始加入0.2mol/LCO₂和0.6mol/LH₂到達(dá)的平衡，
                 CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）
起始濃度（mol/L）：0.2      0.6       0        0
變化濃度（mol/L）：x       3x        x        x
平衡濃度（mol/L）：0.2-x    0.6-3x    x        x
$\frac{x×x}{（0.2-x）×（0.6-3x）^{3}}$=$\frac{100}{27}$，解得x=0.1，故平衡時(shí)甲醇濃度為0.1mol/L，t₁時(shí)刻后CH₃OH的濃度變化總趨勢(shì)曲線為：，

故答案為：．

點(diǎn)評(píng) 本題考查化學(xué)平衡計(jì)算與影響因素、平衡狀態(tài)判斷、化學(xué)平衡圖象、反應(yīng)熱計(jì)算等，作圖為易錯(cuò)點(diǎn)，學(xué)生容易忽略二次平衡時(shí)甲醇的濃度，難度中等．