Question

8．（1）在2L的密閉容器中，由CO₂和H₂合成甲醇：CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g），在其他條件不變的情況下，探究溫度對反應(yīng)的影響，實驗結(jié)果如圖1所示（注：T₂＞T₁，均大于300℃）．
①溫度為T₂時，從反應(yīng)開始到平衡，生成甲醇的平均反應(yīng)速率為$\frac{{n}_{B}}{2{t}_{B}}$mol/（L•min）．
②通過分析圖1，溫度對反應(yīng)CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）的影響可以概括為當(dāng)其他條件一定時，升高溫度，反應(yīng)速率加快；當(dāng)其他條件一定時，升高溫度，平衡逆向移動．

③下列情形能說明上述反應(yīng)已達(dá)到平衡狀態(tài)的是AD（填字母）．
A．體系壓強(qiáng)保持不變
B．密閉容器中CO₂、H₂、CH₃OH（g）、H₂O（g）4種氣體共存
C．CH₃OH與H₂物質(zhì)的量之比為1：3
D．每消耗1mol CO₂的同時生成3mol H₂
④已知H₂（g）和CH₃OH（l）的燃燒熱△H分別為-285.8kJ•mol^-1和-726.5kJ•mol^-1，寫出由CO₂和H₂生成液態(tài)甲醇和液態(tài)水的熱化學(xué)方程式：CO₂（g）+3H₂（g）=CH₃OH（l）+H₂O（l）△H=-130.9kJ•mol^-1．
（2）在容積可變的密閉容器中，由CO和H₂合成甲醇CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g），CO在不同溫度下的平衡轉(zhuǎn)化率與壓強(qiáng)的關(guān)系如圖2所示．
①該反應(yīng)的平衡常數(shù)表達(dá)式K=$\frac{[C{H}_{3}OH]}{[CO]•[{H}_{2}]^{2}}$，250℃、0.5×10⁴ kPa下的平衡常數(shù)＞（填“＞”、“＜”或“=”）300℃、1.5×10⁴ kPa下的平衡常數(shù)．
②實際生產(chǎn)中，該反應(yīng)條件控制在250℃、1.3×10⁴ kPa左右，選擇此壓強(qiáng)而不選擇更高壓強(qiáng)的理由是在1.3×10⁴kPa下，CO的轉(zhuǎn)化率已經(jīng)很高，如果增加壓強(qiáng)CO的轉(zhuǎn)化率提高不大，而生產(chǎn)成本增加，得不償失．

Answer 1

分析 （1）①根據(jù)反應(yīng)速率v=$\frac{△c}{△t}$計算從反應(yīng)開始到平衡生成甲醇的平均反應(yīng)速率；
②溫度能加快化學(xué)反應(yīng)速率，能使化學(xué)平衡向著吸熱方向進(jìn)行；
③可逆反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)時，正逆反應(yīng)速率相等，各組分的濃度、百分含量不再變化，據(jù)此進(jìn)行判斷；
④根據(jù)燃燒熱的概念以及蓋斯定律來計算化學(xué)反應(yīng)的焓變；
（2）①根據(jù)圖2可知該反應(yīng)為放熱反應(yīng)，平衡常數(shù)與壓強(qiáng)大小無關(guān)，只與溫度有關(guān)，根據(jù)溫度對化學(xué)平衡的影響判斷平衡常數(shù)大��；
②根據(jù)壓強(qiáng)對化學(xué)反應(yīng)速率以及化學(xué)平衡移動的影響知識結(jié)合實際生產(chǎn)過程來回答．

解答 解：（1）①溫度為T₂時，從反應(yīng)開始到平衡，生成甲醇的平均反應(yīng)速率為：v（B）=$\frac{\frac{n（B）}{2L}}{{t}_{B}}$=$\frac{{n}_{B}}{2{t}_{B}}$mol/（L•min），
故答案為：$\frac{{n}_{B}}{2{t}_{B}}$mol/（L•min）；
②溫度能加快化學(xué)反應(yīng)速率，能使化學(xué)平衡向著吸熱方向進(jìn)行，T₂＞T₁，根據(jù)圖一，溫度升高，甲醇的物質(zhì)的量減小，所以平衡逆向移動，即所以當(dāng)其他條件一定時，對于該化學(xué)反應(yīng)：CO₂（g）+3H₂（g）=CH₃OH（l）+H₂O（l），升高溫度，反應(yīng)速率加快；當(dāng)其他條件一定時，升高溫度，平衡逆向移動，
故答案為：當(dāng)其他條件一定時，升高溫度，反應(yīng)速率加快；當(dāng)其他條件一定時，升高溫度，平衡逆向移動；
③A．該反應(yīng)是一個反應(yīng)前后氣體系數(shù)和不同的反應(yīng)，當(dāng)體系壓強(qiáng)保持不變，證明達(dá)到平衡，故A正確；
B．密閉容器中CO₂、H₂、CH₃OH（g）、H₂O（g）4種氣體共存，只能證明是一個可逆反應(yīng)，不能證明是平衡狀態(tài)，故B錯誤；
C．CH₃OH與H₂物質(zhì)的量之比為1：3，不能證明達(dá)平衡狀態(tài)，故C錯誤；
D．每消耗1mol CO₂的同時生成3molH₂，能證明正逆反應(yīng)速率相等，故D正確；
故答案為：AD；
④由H₂（g）的燃燒熱△H為-285.8kJ•mol^-1知，1molH₂（g）完全燃燒生成1molH₂O（l）放出熱量285.8kJ，該反應(yīng)為：①H₂（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）=H₂O（l）△H=-285.8kJ•mol^-1
②CH₃OH（l）+$\frac{1}{2}$O₂（g）=CO₂（g）+2 H₂O（l）△H=-726.5kJ•mol^-1，
由蓋斯定律可知，3×①-②得：CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（l）+H₂O（l）△H=-130.9 kJ•mol^-1，
故答案為：CO₂（g）+3H₂（g）=CH₃OH（l）+H₂O（l）△H=-130.9 kJ•mol^-1；
（2）①根據(jù)CO在不同溫度下的平衡轉(zhuǎn)化率與壓強(qiáng)的關(guān)系圖2，可以知道該反應(yīng)是一個放熱反應(yīng)，所以升高溫度，平衡常數(shù)減小，壓強(qiáng)大小和平衡常數(shù)之間無關(guān)，即250℃、0.5×10⁴kPa下的平衡常數(shù)大于300℃、1.5×10⁴kPa下的平衡常數(shù)，
故答案為：＞；
②根據(jù)CO在不同溫度下的平衡轉(zhuǎn)化率與壓強(qiáng)的關(guān)系圖2可知，在1.3×10⁴kPa下，CO的轉(zhuǎn)化率已經(jīng)很高，如果增加壓強(qiáng)CO的轉(zhuǎn)化率提高不大，而生產(chǎn)成本增加，得不償失，
故答案為：在1.3×10⁴kPa下，CO的轉(zhuǎn)化率已經(jīng)很高，如果增加壓強(qiáng)CO的轉(zhuǎn)化率提高不大，而生產(chǎn)成本增加，得不償失．

點評 本題考查較為綜合，涉及化學(xué)平衡移動的影響、化學(xué)平衡狀態(tài)的判斷以及化學(xué)平衡的計算知識，題目難度中等，明確化學(xué)平衡及其影響為解答關(guān)鍵，試題培養(yǎng)了學(xué)生的分析能力及化學(xué)計算能力．