Question

煤的液化是把固體煤炭通過化學(xué)加工過程，使其轉(zhuǎn)化成為液體燃料、化工原料和產(chǎn)品的先進(jìn)潔凈煤技術(shù)，其中合成CH₃OH 是最重要的研究方向之一．

（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(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖1所示（注：T₂＞T₁均大于300℃）．
①溫度為T₂時(shí)，從反應(yīng)開始到平衡，生成甲醇的平均反應(yīng)速率為

 

②通過分析圖1，可以得出溫度對反應(yīng)CO₂（g）+3H₂（g）═CH₃OH（g）+H₂O（g）的影響可以概括為

 

③下列情形能說明上述反應(yīng)已達(dá)到平衡狀態(tài)的是

 

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(shí)生成3molH₂
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

 

．
（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)式為K=

 

，250℃、0.5×10⁴kPa下的平衡常數(shù)

 

 300℃、1.5×10⁴kPa下的平衡常數(shù)（填“＞”、“＜”或“=”）
②工業(yè)實(shí)際生產(chǎn)中，該反應(yīng)條件控制在250℃、1.3×10⁴kPa左右，選擇此壓強(qiáng)而不選擇更高壓強(qiáng)的理由是

 

③在圖2中畫出350℃時(shí)CO的平衡轉(zhuǎn)化率隨壓強(qiáng)變化的大致曲線．

Answer 1

分析：（1）①根據(jù)反應(yīng)速率v=

△c

△t

來計(jì)算即可；
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根據(jù)化學(xué)平衡狀態(tài)的特征：逆、定、動、變、等來回答判斷；
④根據(jù)燃燒熱的概念以及蓋斯定律來計(jì)算化學(xué)反應(yīng)的焓變；
（2）①根據(jù)K=

產(chǎn)物平衡濃度系數(shù)次冪之積

反應(yīng)物平衡濃度系數(shù)次冪之積

來書寫K的表達(dá)式 溫度對K的影響和反應(yīng)的吸放熱情況有關(guān)來回答；
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(shí)際生產(chǎn)過程來回答；
③反應(yīng)是放熱反應(yīng)，升高溫度，平衡逆向進(jìn)行．

解答：解：（1）①溫度為T₂時(shí)，從反應(yīng)開始到平衡，生成甲醇的平均反應(yīng)速率v=

△c

△t

=

n(B)mol 2L

tB

=

nB

2tB

mol/（L?min），故答案為：

nB

2tB

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(shí)，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(shí)，升高溫度，平衡逆向移動，
故答案為：當(dāng)其他條件一定時(shí)，升高溫度，反應(yīng)速率加快；當(dāng)其他條件一定時(shí)，升高溫度，平衡逆向移動；
③a．該反應(yīng)是一個(gè)反應(yīng)前后氣體系數(shù)和變化的反應(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(gè)可逆反應(yīng)，不能證明是平衡狀態(tài)，故b錯(cuò)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(cuò)誤；     
d．每消耗1mol CO₂的同時(shí)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，即①H₂（g）+

1

2

O₂（g）=H₂O（l）△H=-285.8kJ?mol^-1
②CH₃OH（l）+

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反應(yīng)CO（g）+2H₂（g）═CH₃OH（g）的平衡常數(shù)K=

c(CH3OH)

c(CO)?c2(H2)

，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(gè)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：

c(CH3OH)

c(CO)?c2(H2)

；＞；
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，可以知道在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；
③該反應(yīng)是一個(gè)放熱反應(yīng)，所以升高溫度，平衡常數(shù)減小，350℃時(shí)CO的平衡轉(zhuǎn)化率小于恒壓下300℃時(shí)CO的平衡轉(zhuǎn)化率，即350℃時(shí)CO的平衡轉(zhuǎn)化率隨壓強(qiáng)變化的大致曲線
隨壓強(qiáng)變化的大致曲線為：，故答案為：．

點(diǎn)評：本題目綜合考查學(xué)生對化學(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(jì)算知識，屬于綜合知識的考查，難度大．