Question

甲醇是一種新型的汽車動力燃料，工業(yè)上可通過CO和H₂化合制備甲醇，已知CO中的C與O之間為三鍵連接，甲醇分子中的化學鍵全部為單鍵，某些化學鍵的鍵能數據如下表：

化學鍵	C-C	C-H	H-H	C-O	C≡O	H-O
鍵能/KJ?mol-1	348	413	436	358	1072	463

請回答下列問題：
（1）工業(yè)制備甲醇的熱化學方程式為：CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）△H=

 

；
（2）某化學研究性學習小組模擬工業(yè)合成甲醇的反應，在容積為2L的密閉容器內充入1mol CO和2mol H₂，加入合適的催化劑（體積變化忽略不計）后在250℃開始反應，并用壓力計監(jiān)測容器內壓強的變化如下：

反應時間/min	0	5	10	15	20	25
壓強/MPa	12.6	10.8	9.5	8.7	8.4	8.4

則從反應開始到20min時，以CO表示的平均反應速率=

 

，該溫度下的化學平衡常數K=

 

，
若升高溫度則K值

 

（填“增大”、“減小”、或“不變”）；在

 

（填“較高”、或“較低”）溫度下有利于該反應的自發(fā)進行．
（3）下列描述中能說明上述反應已達平衡的是

 

（填字母代號）
A．容器內氣體的平均相對分子量保持不變　　　　   　B.2ν（H₂）_正=ν（CH₃OH）_逆
C．容器內氣體的壓強保持不變                    D．容器內氣體的密度保持不變．

Answer 1

考點：化學平衡的計算,有關反應熱的計算,化學平衡的影響因素,化學平衡狀態(tài)的判斷

專題：化學反應中的能量變化,化學平衡專題

分析：（Ⅰ）（1）依據化學反應焓變=反應物鍵能總和-生成物鍵能總和計算，標注物質聚集狀態(tài)和對應反應的焓變寫出熱化學方程式；
（2）通過（1）寫出的熱化學方程式可知反應是氣體體積減小的放熱反應，當減小到20min時反應達到平衡狀態(tài)，依據反應速率概念V=

△c

△t

計算速率，平衡常數是利用平衡狀態(tài)下生成物濃度冪次方乘積除以反應物濃度的冪次方乘積得到；對于放熱反應，溫度升高，化學平衡常數會減小，根據△G=△H-T△S可判斷反應自發(fā)的條件；
（3）反應達到平衡狀態(tài)時，正逆反應速率相等，平衡時各種物質的物質的量、濃度等不再發(fā)生變化，以及其它物理量的變化情況，可由此進行判斷；

解答： 解：（Ⅰ）（1）CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH （g），反應的焓變可以根據反應物的總鍵能和生成物的總鍵能計算得到，焓變=反應物總鍵能之和-生成物總鍵能之和，依據圖表提供的化學鍵的鍵能計算得到，）△H═1072KJ/mol+2×436KJ/mol-（3×413KJ/mol+358KJ/mol+463KJ/mol）=-116 kJ?mol^-1，
故答案為：-116 kJ?mol^-1；
（2）從反應開始到20min時，設CO的濃度變化量是x，
                CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）
初始濃度（mol/L）：0.5     1          　　　　  0
變化濃度（mol/L）：x      2x          　　　　  x
平衡濃度（mol/L）：0.5-x  1-2x       　　　　  x
根據反應前后壓強之比等于物質的量之比，則

3

3-4x

=

12.6

8.4

，解得x=0.25mol/L，
從反應開始到20min時，以CO表示的平均反應速率v=

△c

△t

=

0.25mol/L

20min

=0.0125mol/（L?min），
平衡常數K=

c(CH3OH)

c(CO)c2(H2)

=

0.25mol/L

0.25mol/L×(0.5mol/L)2

=4，
對于該放熱反應，溫度升高，化學平衡常數會減��；根據△G=△H-T△S可知，該反應為熵減的反應，所以T傎越小，△G＜0的可能性就越大，所以要反應自發(fā)進行，最好要在低溫下，
故答案為：0.0125mol/（L?min）；4；減小；較低；
（3）反應是氣體體積減小的放熱反應，依據平衡移動原理分析判斷
A．容器內氣體的平均相對分子質量數值上等于氣體的平均摩爾質量等于總質量除以總物質的量，質量是守恒的保持不變，但是n變化，當氣體的平均摩爾質量不變了，證明達到平衡，故A正確，
B．v（H₂）_正=2v（CH₃OH）_逆才能說明正逆反應速率相等，化學反應達到平衡，故B錯誤；
C．反應是前后氣體體積變化的反應，容器中氣體的壓強保持不變，證明達到了平衡，故C正確；
 D．該反應在恒容條件下進行，反應前后氣體質量守恒，所以反應過程中密度始終保持不變，所以密度不變不能說明反應達到平衡狀態(tài)，故D錯誤；
故選AC．

點評：本題涉及化學反應的焓變和化學鍵鍵能之間的關系、化學反應速率和平衡常數的計算及化學平衡移動的有關知識，綜合性強，有一定的難度．