Question

19．甲醇是有機(jī)化工原料，具有重要的工業(yè)用途．
（1）在容積可變的恒壓密閉容器中充有10mol CO與20mol H₂，在催化劑作用下發(fā)生反應(yīng) CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g），CO的平衡轉(zhuǎn)化率（α）與溫度、壓強(qiáng)（p）的關(guān)系如圖所示．

①能說明該反應(yīng)已達(dá)到平衡狀態(tài)的是AD（填序號）
A．CO的質(zhì)量分?jǐn)?shù)保持不變
B．CH₃OH濃度與CO濃度相等
C．2v_生成（CH₃OH）=v_消耗（H₂）
D．容器中混合氣體的密度保持不變
②由圖可知，該反應(yīng)△H＜0（填“＞”、“＜”或“=”）．
③由起始條件到平衡狀態(tài)A或平衡狀態(tài)C，所需時間分別為 t_A和t_C，則t_A＞t_C（填“＞”、“＜”或“=”）．
④平衡狀態(tài)A時，容器體積為10L，則200℃時該反應(yīng)的平衡常數(shù)K=1（mol/l）^-2；到達(dá)平衡狀態(tài)B時容器的體積為＜10L．
（2）催化劑具有選擇性．25℃時，1mol CH₃OH與O₂發(fā)生反應(yīng)，生成CO、CO₂或HCHO得能量變化如圖2所示．（△H₁=-158kJ•mol^-1，△H₂=-283kJ•mol^-1，△H₃=-676kJ•mol^-1，反應(yīng)物O₂（g）和生成物H₂O（l）未在圖中標(biāo)出）
①相比無催化劑作用下，有催化劑時v_生成（CO）將增大（填“增大”、“減小”或“不變”）；HCHO產(chǎn)率將不變（填“增大”、“減小”或“不變”）．
②25℃，氣態(tài)HCHO與O₂反應(yīng)，生成CO和液態(tài)水的熱化學(xué)方程式為2HCHO（g）+O₂（g）═2CO（g）+2H₂O（l），△H=-470KJ•mol^-1．

Answer 1

分析 （1）①A．CO的質(zhì)量分?jǐn)?shù)保持不變，說明正逆反應(yīng)速率相等；
B．平衡時CH₃OH濃度與CO濃度可能相等，也可能不等，與始起的投料量與轉(zhuǎn)化率有關(guān)；
C．2v_生成（CH₃OH）=v_消耗（H₂），都反映是正反應(yīng)方向，未體現(xiàn)正與逆的關(guān)系；
D．在體積可變的容器中混合氣體的密度保持不變，說明氣體的相對分子量不變；
②由圖可知，壓強(qiáng)一定時，升高溫度，平衡時CO的轉(zhuǎn)化率降低，平衡向逆反應(yīng)方向移動，故正反應(yīng)為放熱反應(yīng)；
③溫度越高、壓強(qiáng)越大，反應(yīng)速率越大；
④根據(jù)平衡常數(shù)表達(dá)式和該點(diǎn)所示的有關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算；A、B溫度相同，B的壓強(qiáng)比A高，CO轉(zhuǎn)化率更高，平衡時混合氣體的物質(zhì)的量比A小，結(jié)合pV=nRT判斷體積關(guān)系；
（2）①有催化劑時，轉(zhuǎn)化所需時間短，反應(yīng)速率快；使催化劑平衡不移動，所以HCHO產(chǎn)率不變；
②根據(jù)圖表可知2HCHO（g）+O₂（g）═2CO（g）+2H₂O（l）中反應(yīng)物能量高，生成物能量低，該反應(yīng)為放熱反應(yīng)，然后依據(jù)圖中給出數(shù)據(jù)解答．

解答 解：（1）①A．CO的質(zhì)量分?jǐn)?shù)保持不變，說明各組分的量不變，正逆反應(yīng)速率相等，達(dá)平衡狀態(tài)，故正確；
B．平衡時CH₃OH濃度與CO濃度可能相等，也可能不等，與始起的投料量與轉(zhuǎn)化率有關(guān)，故錯誤；
C．2v_生成（CH₃OH）=v_消耗（H₂），都反映是正反應(yīng)方向，未體現(xiàn)正與逆的關(guān)系，所以不能作平衡狀態(tài)的標(biāo)志，故錯誤；
D．在體積可變的容器中混合氣體的密度保持不變，說明氣體的相對分子量不變，說明達(dá)平衡狀態(tài)，故正確；
故選AD；
②由圖可知，壓強(qiáng)一定時，升高溫度，平衡時CO的轉(zhuǎn)化率降低，平衡向逆反應(yīng)方向移動，故正反應(yīng)為放熱反應(yīng)，故△H＜0，故答案為：＜；
③C點(diǎn)溫度、壓強(qiáng)比A的高，溫度越高、壓強(qiáng)越大，反應(yīng)速率增大，反應(yīng)開始到達(dá)平衡狀態(tài)所需的時間要少，所以反應(yīng)開始到達(dá)平衡狀態(tài)所需的時間t_A＞t_C，
故答案為：＞；
④從圖中看出A點(diǎn)時，CO的轉(zhuǎn)化率為0.5，CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g），CO的初始濃度為$\frac{10}{10}$=1mol/l，氫氣的初始濃度為$\frac{20}{10}$=2mol/l，則CO變化濃度為0.5mol/l，氫氣減少的濃度為1mol/l，故平衡時CO、H₂、甲醇的濃度分別為0.5mol/l、1mol/l、0.5mol/l，K=$\frac{c（C{H}_{3}OH）}{c（CO）×{c}^{2}（{H}_{2}）}$=$\frac{0.5}{0.5×{1}^{2}}$=1（mol/l）^-2，A、B溫度相同，B的壓強(qiáng)比A高，CO轉(zhuǎn)化率更高，平衡時混合氣體的物質(zhì)的量比A小，由pV=nRT可知，B點(diǎn)時容器的體積V_B＜10 L；
故答案為：1（mol/l）^-2；＜10 L；
（2）①有催化劑時，轉(zhuǎn)化所需時間短，反應(yīng)速率快；使催化劑平衡不移動，所以HCHO產(chǎn)率不變，故答案為：增大；不變；
②2HCHO（g）+O₂（g）═2CO（g）+2H₂O（l）該反應(yīng)為放熱反應(yīng)，△H=-2（676-158-283）=-470KJ•mol^-1，故答案為：2HCHO（g）+O₂（g）═2CO（g）+2H₂O（l），△H=-470KJ•mol^-1．

點(diǎn)評 本題考查了化學(xué)平衡狀態(tài)和化學(xué)反應(yīng)中的能量變化，側(cè)重于圖象的分析和反應(yīng)熱的計(jì)算的考查，題目難度不大．