Question

【題目】開發(fā)、使用清潔能源發(fā)展“低碳經(jīng)濟(jì)”，正成為科學(xué)家研究的主要課題。氫氣、甲醇是優(yōu)質(zhì)的清潔燃料，可制作燃料電池。

（1）已知：①2CH3OH（1）+ 3O2（g）= 2CO2（g）+ 4H2O（g）ΔH1 = –1275.6 kJ·mol– 1

②2CO（g）+ O2（g）= 2CO2（g） ΔH2 = –566.0 kJ·mol– 1

③H2O（g）= H2O（1） ΔH3 = –44.0 kJ·mol– 1

寫出甲醇不完全燃燒生成一氧化碳和液態(tài)水的熱化學(xué)方程式：___________________。

（2）生產(chǎn)甲醇的原料CO和H2來源于：CH4（g）+ H2O（g）CO（g）+ 3H2（g）

①一定條件下CH4的平衡轉(zhuǎn)化率與溫度、壓強(qiáng)的關(guān)系如圖a。則，Pl _______P2；A、B、C三點(diǎn)處對應(yīng)平衡常數(shù)（KA、KB、KC）的由大到小的順序?yàn)?/span>__________。（填“<”、“>”“=”）

②100℃時(shí)，將1 mol CH4和2 mol H2O通入容積為100 L的反應(yīng)室，如果5min達(dá)到平衡時(shí)CH4的轉(zhuǎn)化率為0.5，則v(H2)=________________100℃時(shí)該反應(yīng)的平衡常數(shù)K =_________。反應(yīng)達(dá)到平衡的標(biāo)志是：_____________。

A．容器內(nèi)氣體密度恒定

B．單位時(shí)間內(nèi)消耗0.1 mol CH4同時(shí)生成0.3 mol H2

C．容器的壓強(qiáng)恒定

D．3v正（CH4）= v逆（H2）

③為了加快化學(xué)反應(yīng)速率且使體系中氣體的物質(zhì)的量減少，其他條件不變時(shí)，可采取的措施有________(填編號)。

A.升高溫度 B.縮小容器體積 C.再充入CH4氣體 D.使用合適的催化劑

Answer 1

【答案】CH3OH（l）+ O2（g）= CO（g）+ 2H2O（l） ΔH = –442．8 kJ·mol – 1 < KC> KB >KA 0.003mol/L·min 2.25×10– 4 CD B

【解析】

根據(jù)蓋斯定律分析熱化學(xué)方程式的書寫和熱量的計(jì)算，根據(jù)平衡的三段式計(jì)算平衡時(shí)的數(shù)據(jù)和平衡常數(shù)、速率等，根據(jù)條件對平衡的影響進(jìn)行分析。

(1)根據(jù)蓋斯定律分析，熱化學(xué)方程式 ①2CH3OH（1）+ 3O2（g）= 2CO2（g）+ 4H2O（g）ΔH1 = –1275.6 kJ·mol– 1，②2CO（g）+ O2（g）= 2CO2（g） ΔH2 = –566.0 kJ·mol– 1，③H2O（g）= H2O（1） ΔH3 = –44.0 kJ·mol– 1分析，有（①-②+③×4）/2得熱化學(xué)方程式 CH3OH（l）+ O2（g）= CO（g）+ 2H2O（l） ΔH =（-1275.6+566-44×4）kJ/mol/2= –442．8 kJ·mol – 1；

(2) ①溫度不變，隨著壓強(qiáng)增大，平衡逆向移動(dòng)，甲烷的平衡轉(zhuǎn)化率減小，所以P1<P2；

隨著溫度升高，平衡轉(zhuǎn)化率增大，說明平衡常數(shù)變大，所以平衡常數(shù)的關(guān)系為KC> KB >KA ；

②甲烷的消耗量為0.5mol，則根據(jù)方程式分析生成1.5mol氫氣，則氫氣表示反應(yīng)速率為=mol/(L·min)=0.003mol/(L·min)；

CH4（g）+ H2O（g）CO（g）+ 3H2（g）

起始物質(zhì)的量1 2 0 0

改變物質(zhì)的量0.5 0.5 0.5 1.5

平衡物質(zhì)的量0.5 1.5 0.5 1.5

平衡常數(shù)為=2.25×10–4；

A．該反應(yīng)全為氣體，容器的體積不變，所以容器內(nèi)氣體密度始終不變，所以密度恒定不能說明反應(yīng)達(dá)到平衡，故錯(cuò)誤；B．單位時(shí)間內(nèi)消耗0.1 mol CH4同時(shí)生成0.3 mol H2 都表示正反應(yīng)速率，不能說明反應(yīng)達(dá)到平衡，故錯(cuò)誤；C．容器的壓強(qiáng)恒定可以說明反應(yīng)體系中氣體總物質(zhì)的量不變，說明反應(yīng)達(dá)到平衡，故正確；D．3v正（CH4）= v逆（H2）可以說明正逆反應(yīng)速率相等，則能說明反應(yīng)到平衡，故選CD。

③A.升高溫度平衡正向移動(dòng)，體系中氣體物質(zhì)的量增加，故錯(cuò)誤；B.縮小容器體積，反應(yīng)速率加快，平衡逆向移動(dòng)，氣體物質(zhì)的量減小，故正確；C.再充入CH4氣體，反應(yīng)速率增加，平衡正向移動(dòng)，氣體物質(zhì)的量增加，故錯(cuò)誤；D.使用合適的催化劑，反應(yīng)速率加快，但平衡不移動(dòng)氣體物質(zhì)的量不變，故錯(cuò)誤。故選B。