Question

【題目】碳的化合物在生產(chǎn)、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(shí)，向容積均為2L的A、B兩個(gè)密閉容器中均通入4.0molCO2和6.8molH2，發(fā)生反應(yīng)：CO2(g)+3H2(g) CH3OH(g)+H2O(g) △H=-50kJ·molˉ1。A容器中的反應(yīng)在恒溫、恒容條件下進(jìn)行；B容器中的反應(yīng)在恒溫、恒壓條件下進(jìn)行，測得A容器中CO2的轉(zhuǎn)化率 α (CO2) 隨時(shí)間的變化如圖所示。

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

②反應(yīng)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(guān)系為v(A)___(填“>”“<”或“=”)v(B)。

③反應(yīng)過程中，下列各項(xiàng)指標(biāo)能表明A容器中反應(yīng)的v正>v逆的是___(填標(biāo)號)

a.體系內(nèi)的壓強(qiáng)增大

b.氣體的平均相對分子質(zhì)量增大

c.斷裂H－H鍵的數(shù)目是形成C－O鍵數(shù)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(jù)蓋斯定律，將已知的熱化學(xué)方程式進(jìn)行疊加，可得要求的反應(yīng)的反應(yīng)熱；

(2)①結(jié)合CO2的轉(zhuǎn)化率，計(jì)算CO2的轉(zhuǎn)化量，然后根據(jù)化學(xué)反應(yīng)速率是定義計(jì)算v(CO2)，再根據(jù)物質(zhì)反應(yīng)速率與化學(xué)計(jì)算量關(guān)系計(jì)算v(CH3OH)，根據(jù)平衡常數(shù)的定義式計(jì)算反應(yīng)的化學(xué)平衡常數(shù)；

②反應(yīng)開始時(shí)，兩個(gè)容器的容積相同，容器內(nèi)的氣體的物質(zhì)的量相同，A為恒溫恒容，B為恒溫、恒壓，結(jié)合反應(yīng)的正反應(yīng)是氣體體積減小的反應(yīng)及壓強(qiáng)對化學(xué)反應(yīng)速率的影響分析；

③若對于A容器，若反應(yīng)的v正>v逆，則反應(yīng)未達(dá)到平衡，正向進(jìn)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(jù)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(yīng)在恒溫、恒容條件下進(jìn)行，反應(yīng)開始時(shí)n(CO2)= 4.0mol，由于反應(yīng)進(jìn)行到5min時(shí)CO2的轉(zhuǎn)化率是0.40，所以反應(yīng)的CO2的物質(zhì)的量為△n(CO2)= 4.0mol×0.4=1.6mol，所以用CO2表示的化學(xué)反應(yīng)v(CO2)==0.16mol/(L·min)。根據(jù)物質(zhì)反應(yīng)時(shí)化學(xué)反應(yīng)的速率比等于化學(xué)方程式中相應(yīng)物質(zhì)的化學(xué)計(jì)量數(shù)的比可知：v(CH3OH)=v(CO2)=0.16mol/(L·min)；

根據(jù)方程式CO2(g)+3H2(g) CH3OH(g)+H2O(g)可知CO2反應(yīng)了1.6mol，則會同時(shí)有4.8molH2發(fā)生反應(yīng)，反應(yīng)達(dá)到平衡時(shí)CO2的物質(zhì)的量是2.4mol，H2的物質(zhì)的量是2mol，反應(yīng)產(chǎn)生1.6mol CH3OH和1.6molH2O，由于反應(yīng)容器的容積是2L，因此各種物質(zhì)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(yīng)達(dá)到平衡時(shí)該反應(yīng)的化學(xué)平衡常數(shù)K==0.53；

②反應(yīng)開始時(shí)，兩個(gè)容器的容積相同，容器內(nèi)的氣體的物質(zhì)的量相同，A為恒溫恒容，B為恒溫、恒壓，反應(yīng)CO2(g)+3H2(g) CH3OH(g)+H2O(g)的正反應(yīng)是氣體體積減小的反應(yīng)，隨著反應(yīng)的進(jìn)行，容器內(nèi)氣體的壓強(qiáng)減小，要維持體系的壓強(qiáng)不變，則B容器相當(dāng)于A容器反應(yīng)達(dá)到平衡后，對反應(yīng)體系增大壓強(qiáng)，增大壓強(qiáng)，物質(zhì)的濃度增大，化學(xué)反應(yīng)速率增大，所以反應(yīng)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(guān)系為v(A)<v(B)。

③a.該反應(yīng)的正反應(yīng)為放熱反應(yīng)，無論是反應(yīng)正向進(jìn)行還是反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)，體系內(nèi)的壓強(qiáng)都比反應(yīng)開始時(shí)壓強(qiáng)大。所以不能根據(jù)體系壓強(qiáng)增大判斷反應(yīng)正向進(jìn)行，v正>v逆，a錯(cuò)誤；

b.該反應(yīng)的正反應(yīng)是氣體體積減小的反應(yīng)，若反應(yīng)正向進(jìn)行，則氣體的物質(zhì)的量減小，氣體的平均相對分子質(zhì)量增大，故可據(jù)此判斷v正>v逆，b正確；

c.根據(jù)方程式可知：反應(yīng)正向進(jìn)行時(shí)，斷裂H－H鍵的數(shù)目是形成C－O鍵數(shù)目的3倍，不可能是形成C－O鍵數(shù)目的2倍，c錯(cuò)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(yīng)正向進(jìn)行，所以v正<v逆，d錯(cuò)誤；

故合理選項(xiàng)是b。