Question

12．甲醇與水蒸氣催化重整可獲得清潔能源，具有廣泛的應(yīng)用前景，現(xiàn)有如下實(shí)驗(yàn)：在體積為1L的密閉容器中，充入1mol CH₃OH和1mol H₂O，一定條件下發(fā)生反應(yīng)：
CH₃OH （g）+H₂O （g）?CO₂（g）+3H₂ （g），測(cè)得CO₂和CH₃OH（g）的濃度隨時(shí)間變化如下表所示．

時(shí)間 物質(zhì)	0 min	10 min	30 min	60 min	70 min
CO2（mol/L）	0	0.2	0.6	0.8	0.8
CH3OH（mol/L）	1.0	0.8	0.4	0.2	0.2

（1）已知：CH₃OH（g）+$\frac{1}{2}$O₂ （g）?CO₂（g）+2H₂ （g）△H₁=-192.9kJ/mol   K₁
H₂（g）+O₂（g）?H₂ O（g）△H₂=-120.9kJ/mol K₂
則甲醇與水蒸氣催化重整反應(yīng)的焓變△H₃=-72.0kJ/mol．
（2）10～30 min內(nèi)，氫氣的平均反應(yīng)速率v（H₂）=0.06mol/（L•min）．
（3）該反應(yīng)的平衡常數(shù)表達(dá)式為K=$\frac{{K}_{1}}{{K}_{2}}$．
（4）下列措施中能使平衡時(shí)$\frac{n（C{H}_{3}OH）}{n（C{O}_{2}）}$）減小的是（雙選）CD．
A．加入催化劑
B．恒容充入He（g），使體系壓強(qiáng)增大
C．將H₂（g）從體系中分離
D．再充入1molH₂O．

Answer 1

分析 （1）依據(jù)熱化學(xué)方程式和蓋斯定律計(jì)算得到所需熱化學(xué)方程式得到反應(yīng)焓變；
（2）依據(jù)反應(yīng)速率概念計(jì)算，v=$\frac{△c}{△t}$計(jì)算得到二氧化碳的反應(yīng)速率，結(jié)合反應(yīng)速率之比等于化學(xué)方程式計(jì)量數(shù)之比計(jì)算得到氫氣反應(yīng)速率；
（3）結(jié)合平衡常數(shù)概念書(shū)寫(xiě)反應(yīng)的平衡常數(shù)表達(dá)式計(jì)算得到K和K₁、K₂的關(guān)系；
（4）為使甲醇與二氧化碳的物質(zhì)的量比值增大，應(yīng)使平衡向正反應(yīng)方向移動(dòng)，或增加甲醇的物質(zhì)的量．

解答 解：（1）①CH₃OH （g）+$\frac{1}{2}$O₂ （g）?CO₂（g）+2H₂（g）?H₁=-192.9kJ/mol   K₁
②H₂（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）?H₂O（g）?H₂=-120.9kJ/mol   K₂
結(jié)合蓋斯定律計(jì)算①-②得到甲醇與水蒸氣催化重整反應(yīng)的熱化學(xué)方程式為：CH₃OH （g）+H₂O （g）?CO₂（g）+3H₂（g）△H₃=-72KJ/mol；
故答案為：-72.0kJ/mol； 
（2）10～30min內(nèi)，二氧化碳的反應(yīng)速率v（CO2）=$\frac{0.6mol/L-0.2mol/L}{30min-10min}$=0.02mol/L•min，氫氣的平均反應(yīng)速率v（H₂）=3v（CO₂）=0.06mol/L•min；
故答案為：0.06；
（3）K₁=$\frac{[C{O}_{2}]•[{H}_{2}]^{2}}{[C{H}_{3}OH]•[{O}_{2}]^{\frac{1}{2}}}$
K₂=$\frac{[{H}_{2}O]}{[{H}_{2}]•[{O}_{2}]^{\frac{1}{2}}}$
K₃=$\frac{[C{O}_{2}]•[{H}_{2}]^{3}}{[C{H}_{3}OH]•[{H}_{2}O]}$=$\frac{{K}_{1}}{{K}_{2}}$；
故答案為：$\frac{{K}_{1}}{{K}_{2}}$；
（3）CH₃OH （g）+H₂O （g）?CO₂（g）+3H₂（g），反應(yīng)是氣體體積增大的反應(yīng)；
A、加入催化劑，平衡向不發(fā)生移動(dòng)，甲醇與二氧化碳的物質(zhì)的量比值不變，故A錯(cuò)誤；
B、恒容充入He（g），使體系壓強(qiáng)增大，分壓不變，對(duì)反應(yīng)物質(zhì)沒(méi)有影響，平衡不移動(dòng)，二者比值不變，故B錯(cuò)誤；
C、將H₂（g）從體系中分離，生成物的濃度減小，平衡向正反應(yīng)方向移動(dòng)，二者比值變大，故C正確；
D、再充入1mol H₂O，平衡向正方向移動(dòng)，甲醇濃度增大，二者比值增大，故D正確．
故答案為：CD．

點(diǎn)評(píng) 本題主要考查化學(xué)反應(yīng)速率、平衡圖象、化學(xué)平衡常數(shù)、平衡狀態(tài)的判斷，難度中等，注意基礎(chǔ)知識(shí)的理解掌握．