Question

【題目】甲醇是一種新型的汽車動(dòng)力燃料。請(qǐng)回答下列問題：

(1)工業(yè)上可通過CO和H2化合來制備CH3OH(g)。已知某些化學(xué)鍵的鍵能數(shù)據(jù)如下表：

化學(xué)鍵	C-C	C-H	H-H	C-O		H-O
鍵能/kJmol-1	348	413	436	358	1072	463

已知：CO中的C與O之間形成的化學(xué)鍵為鍵。工業(yè)制備甲醇的熱化學(xué)方程式__________________；

(2)在容積固定為2L的密閉容器內(nèi)充入1molCO和2molH2，加入合適的催化劑(體積可以忽略不計(jì))后，在250℃下開始反應(yīng)，并用壓力計(jì)檢測(cè)容器內(nèi)壓強(qiáng)的變化如下：

反應(yīng)時(shí)間/min	0	5	10	15	20	25
壓強(qiáng)/MPa	10.8	9.6	8.4	7.8	7.2	7.2

則從反應(yīng)開始到20min時(shí)，以CO表示的平均反應(yīng)速率為___________，該溫度下平衡常數(shù)K= ______；若升高溫度，則CO的轉(zhuǎn)化率_______(填“增大”“減小”或“不變”)；

(3)在三個(gè)容積均為1 L的恒容密閉容器中只發(fā)生反應(yīng)：2CH3OH(g) C2H4(g)+2H2O(g)，依據(jù)表中的相關(guān)數(shù)據(jù)可確定該反應(yīng)的ΔH______0(填“＞”“＜”或“=”，下同)；容器C達(dá)到平衡時(shí)，容器中總壓強(qiáng)p(C)/p(A)_______2；容器A達(dá)到平衡時(shí)，向容器中再充入CH3OH(g)、C2H4(g)、H2O(g)各0.1 mol，此時(shí)，υ(正)_______υ(逆)。

容器	溫度/℃	起始加入量/mol			平衡時(shí)乙烯/mol
		CH3OH(g)	C2H4(g)	H2O(g)
A	310	0.2	0	0	0.05
B	327	0	0.1	0.2	0.047
C	310	0.2	0.1	0.2	/

Answer 1

【答案】CO(g)+2H2(g) CH3OH(g) ΔH=－116 kJmol-1 0.0125molL-1min-1 4 減小 ＜ ＜ ＜

【解析】

(1)依據(jù)△H=反應(yīng)物鍵能總和-生成物鍵能總和計(jì)算ΔH，再寫出熱化學(xué)方程式；

(2)通過(1)寫出的熱化學(xué)方程式可知反應(yīng)是氣體體積減小的放熱反應(yīng)，當(dāng)反應(yīng)進(jìn)行到20min時(shí)反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)，依據(jù)反應(yīng)速率概念υ= 計(jì)算速率，平衡常數(shù)是利用平衡狀態(tài)下生成物濃度冪次方乘積除以反應(yīng)物濃度的冪次方乘積得到；結(jié)合溫度對(duì)平衡的影響分析判斷；

(3)根據(jù)2CH3OH(g) C2H4(g)+2H2O(g)，A、B起始充入的物質(zhì)等效，根據(jù)容器A、B結(jié)合溫度對(duì)平衡的影響分析判斷；容器C中起始時(shí)氣體的物質(zhì)的量相當(dāng)于A的2倍，根據(jù)壓強(qiáng)對(duì)平衡的影響分析判斷；根據(jù)三段式計(jì)算A容器的平衡常數(shù)K，容器A達(dá)到平衡時(shí)，向容器中再充入CH3OH(g)、C2H4(g)、H2O(g)各0.1 mol，計(jì)算出Qc，根據(jù)Qc與K的大小分析判斷。

(1)CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)，反應(yīng)的△H=反應(yīng)物總鍵能之和-生成物總鍵能之和，依據(jù)圖表提供的化學(xué)鍵的鍵能，△H═1072kJ/mol+2×436kJ/mol-(3×413kJ/mol +358kJ/mol+ 463kJ/mol) =－116kJmol-1，故答案為：CO(g)+2H2(g) CH3OH(g) ΔH=－116 kJmol-1；

(2)從反應(yīng)開始到20min時(shí)，設(shè)CO的濃度變化量是x，

CO(g)+2H2(g) CH3OH(g)

初始濃度(mol/L)：0.5 1 　 0

變化濃度(mol/L)： x 2x 　 　 x

平衡濃度(mol/L)：0.5-x 1-2x 　　　 x

根據(jù)反應(yīng)前后壓強(qiáng)之比等于物質(zhì)的量之比，則=，解得x=0.25mol/L，從反應(yīng)開始到20min時(shí)，以CO表示的平均反應(yīng)速率υ（CO）===0.0125mol/(Lmin)；平衡常數(shù)K===4；該反應(yīng)為放熱反應(yīng)，溫度升高，平衡逆向移動(dòng)，CO的轉(zhuǎn)化率減小，故答案為：0.0125mol/(Lmin)；4；減小；

(3)根據(jù)2CH3OH(g) C2H4(g)+2H2O(g)，A、B起始充入的物質(zhì)等效，比較容器A、B可知，升高溫度，平衡時(shí)乙烯的量減少，說明升高溫度平衡逆向移動(dòng)，因此正反應(yīng)為放熱反應(yīng)，即△H＜0；容器C中起始時(shí)氣體的物質(zhì)的量相當(dāng)于A的2倍，若平衡等效，在體積相同時(shí)，平衡壓強(qiáng)應(yīng)該為A的2倍，但增大壓強(qiáng)，平衡逆向移動(dòng)，氣體的物質(zhì)的量減少，因此平衡時(shí)容器中總壓強(qiáng)p(C)/p(A)＜2；對(duì)于A容器，

2CH3OH(g) C2H4(g)+2H2O(g)，

初始濃度(mol/L)：0.2 0 　　 0

變化濃度(mol/L)：0.1 0.05 　　0.1

平衡濃度(mol/L)：0.1 0.05 　 　0.1

平衡常數(shù)K==0.05，容器A達(dá)到平衡時(shí)，向容器中再充入CH3OH(g)、C2H4(g)、H2O(g)各0.1 mol，此時(shí)Qc==0.1＞K，平衡逆向移動(dòng)，說明υ(正)＜υ(逆)，故答案為：＜；＜；＜。