Question

【題目】甲醇作為可再生能源，越來(lái)越受到人們的關(guān)注。已知甲醇制備的有關(guān)化學(xué)反應(yīng)的平衡常數(shù)及焓變數(shù)據(jù)如下

化學(xué)反應(yīng)	500℃平衡常數(shù)	焓變
①CO(g)＋2H2(g)CH3OH(g)	K1＝2.5	ΔH1＝－116 kJ·mol－1
②CO2(g)＋H2(g)H2O(g)＋CO(g)	K2＝1.0	ΔH2＝＋41 kJ·mol－1
③CO2(g)＋3H2(g)CH3OH(g)＋H2O(g)	K3＝？	ΔH3＝？

(1)反應(yīng)③的K3＝__________________，ΔH3＝__________________。

(2)500℃時(shí)，將2mol CO2和2mol H2充入2L的恒容密閉容器中發(fā)生反應(yīng)②，5min后達(dá)到平衡后，則0~5min內(nèi)，用H2表示的反應(yīng)速率v(H2)＝________。

(3)500℃時(shí)，測(cè)得反應(yīng)③在某時(shí)刻CO2(g)、H2(g)、CH3OH(g)、H2O(g)的濃度(mol·L－1)分別為0.1、0.8、0.3、0.15，則此時(shí)v正_________v逆(填“>”“<”或“＝”)。

(4)若一定量的CO2和H2在絕熱恒容的條件下發(fā)生上述反應(yīng)②，下列可以作為判斷該反應(yīng)達(dá)到平衡的標(biāo)志有_________________________。

a.混合氣體的平均相對(duì)分子質(zhì)量不再改變

b.混合氣體中CO2、H2、H2O、CO(g)的含量相等

c. v(CO2)生成=v(CO)消耗

d.容器內(nèi)溫度不再變化

Answer 1

【答案】2.5 -75 kJ·mol－1 0.1mol/(Lmin) > d

【解析】

(1)反應(yīng)①＋②可得反應(yīng)③，則平衡常數(shù)K3＝K1×K2，焓變ΔH3＝ΔH1+ΔH2；

(2)利用“三段式法”和化學(xué)平衡常數(shù)的表達(dá)式計(jì)算出H2濃度的變化量，用H2表示的反應(yīng)速率v(H2)＝；

(3)500℃時(shí)K3＝K1×K2＝2.5，再計(jì)算此時(shí)濃度商Qc，若Qc＝K3，處于平衡狀態(tài)，若Qc<K3，反應(yīng)向正反應(yīng)進(jìn)行，若Qc>K3，反應(yīng)向逆反應(yīng)進(jìn)行，進(jìn)而判斷v正、v逆相對(duì)大小；

(4)可逆反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)時(shí)，正逆反應(yīng)速率相等(同種物質(zhì))或正逆反應(yīng)速率之比等于系數(shù)之比(不同物質(zhì))，平衡時(shí)各種物質(zhì)的物質(zhì)的量、濃度等不再發(fā)生變化，由此衍生的一些物理量不變，以此分析。

(1)反應(yīng)①＋②可得反應(yīng)③，則平衡常數(shù)K3＝K1×K2=2.5×1.0=2.5，焓變ΔH3＝ΔH1+ΔH2=－116kJ·mol－1+(＋41kJ·mol－1)=-75kJ·mol－1，故答案為：2.5；-75kJ·mol－1；

(2)500℃時(shí)，將2molCO和2molH2充入2L的恒容密閉容器中發(fā)生反應(yīng)②, 5min后達(dá)到平衡,由反應(yīng)三段式得：

K2==1.0，解得=0.5mol/L，v(H2)＝＝=0.1mol/(Lmin)，故答案為：0.1mol/(Lmin)；

(3)500℃時(shí)K3＝K1×K2=2.5，濃度商Qc＝＝0.88＜K3＝2.5，反應(yīng)向正反應(yīng)進(jìn)行，故v正＞v逆，故答案為：＞；

(4) a．反應(yīng)總質(zhì)量是個(gè)定值，總物質(zhì)的量是個(gè)定值，混合氣體的平均相對(duì)分子質(zhì)量一直不變，故a不符合題意；

b．混合氣體中CO2、H2、H2O、CO的含量相等，不一定達(dá)到平衡狀態(tài)，故b不符合題意；

c．v(CO2)生成、v(CO)消耗是逆反應(yīng)的兩種物質(zhì)化學(xué)反應(yīng)速率，不能證明v正=v逆，故c符合題意；

d．絕熱容器內(nèi)溫度不再發(fā)生變化說(shuō)明反應(yīng)達(dá)到了平衡，故d符合題意；

故答案為：d。