Question

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

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

計算上述反應的△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，下列事實可以說明該反應已達到平衡的是BCEF（填選項字母）
A、容器內(nèi)氣體密度保持不變             B、CO₂的體積分數(shù)保持不變
C、H₂O（g）與CO₂（g）的生成速率之比為1：1       D、該反應的平衡常數(shù)保持不變
E、混合氣體的平均相對分子質(zhì)量不變           F、容器中壓強保持不變
（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Ⅰ、反應Ⅱ與反應Ⅲ，相同時間內(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：

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

（T₅時，圖1中C點轉(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是反應Ⅰ（填“反應Ⅰ”、“反應Ⅱ”、“反應Ⅲ”）
②T₃的b點v_（正）＞v_（逆）．（填“＞”“＜”“=”）
③T₄的a點轉(zhuǎn)化率比T₅的c點高原因是該反應為放熱反應，溫度升高，平衡逆向移動．
④在溫度為T₅時，該反應的平衡常數(shù)K=$\frac{100}{27}$．
⑤在溫度為T₅時，CH₃OH的濃度隨時間變化的趨勢如圖2所示．
當時間到達t₁時，將生成的甲醇和水同時除去，并維持該溫度，在t₂時達到平衡．
請在圖2 中畫出t₁時刻后CH₃OH的濃度變化總趨勢曲線．

Answer 1

分析 （1）反應熱=反應物總鍵能-生成物總鍵能；
（2）可逆反應到達平衡時，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隨反應進行發(fā)生變化，該物理量由變化到不變化說明到達平衡；
（3）①相同溫度下，相同時間內(nèi)CO₂轉(zhuǎn)化率越大，說明催化劑效果越好；
②T₄時處于平衡狀態(tài)，正反應為放熱反應，溫度越高轉(zhuǎn)化率越小，T₃平衡時轉(zhuǎn)化率應大于T₄，a、b點轉(zhuǎn)化率相等，故b點向正反應進行；
③該反應為放熱反應，溫度升高，平衡逆向移動；
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，平衡時C點二氧化碳轉(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=$\frac{c（C{H}_{3}OH）×c（{H}_{2}O）}{c（C{O}_{2}）×{c}^{3}（{H}_{2}）}$計算；
⑤當時間到達t₁時，將生成的甲醇和水同時除去，并維持該溫度，瞬間甲醇的濃度為，平衡正向移動，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到達的平衡，結(jié)合④中平衡常數(shù)計算平衡濃度，據(jù)此作圖．

解答 解：（1）反應熱=反應物總鍵能-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錯誤；
B．平衡時各組分含量不變，CO₂的體積分數(shù)保持不變說明到達平衡，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，反應到達平衡，故C正確；
D．溫度不變，平衡常數(shù)不變，該反應的平衡常數(shù)保持不變不能說明到達平衡，故D錯誤；
E．混合氣體總質(zhì)量不變，隨反應進行混合氣體物質(zhì)的量減小，平均相對分子質(zhì)量增大，平均相對分子質(zhì)量不變說明到達平衡，故E正確；
F．隨反應進行混合氣體物質(zhì)的量減小，恒溫恒容下壓強減小，容器中壓強保持不變說明到達平衡，故F正確，
故選：BCEF；
（3）①相同溫度下，相同時間內(nèi)反應Ⅰ中CO₂轉(zhuǎn)化率越大，說明反應Ⅰ催化劑效果越好，故答案為：反應Ⅰ；
②T₄時處于平衡狀態(tài)，正反應為放熱反應，溫度越高轉(zhuǎn)化率越小，T₃平衡時轉(zhuǎn)化率應大于T₄，a、b點轉(zhuǎn)化率相等，故b點向正反應進行．則b點v_（正）＞v_（逆），故答案為：＞；
③該7反應為放熱反應，溫度升高，平衡逆向移動，二氧化碳轉(zhuǎn)化率降低，
故答案為：該反應為放熱反應，溫度升高，平衡逆向移動；
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，平衡時C點二氧化碳轉(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當時間到達t₁時，將生成的甲醇和水同時除去，并維持該溫度，瞬間甲醇的濃度為，平衡正向移動，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，故平衡時甲醇濃度為0.1mol/L，t₁時刻后CH₃OH的濃度變化總趨勢曲線為：，

故答案為：．

點評 本題考查化學平衡計算與影響因素、平衡狀態(tài)判斷、化學平衡圖象、反應熱計算等，作圖為易錯點，學生容易忽略二次平衡時甲醇的濃度，難度中等．