Question

甲醇是一種可再生能源，具有開發(fā)和應(yīng)用的廣闊前景。工業(yè)上一般以CO和H₂為原料合成甲醇，該反應(yīng)的熱化學(xué)方程式為：CO(g)+2H₂(g)CH₃OH(g)  △H₁=－116 kJ·mol^－1
（1）下列有關(guān)上述反應(yīng)的說法正確的是________。
a．恒溫、恒容條件下，容器內(nèi)的壓強(qiáng)不發(fā)生變化則可逆反應(yīng)達(dá)到平衡
b．一定條件下，H₂的消耗速率是CO的消耗速率的2倍時(shí)可逆反應(yīng)達(dá)到平衡
c．保持容器體積不變，升高溫度可提高CO的轉(zhuǎn)化率
d．使用合適的催化劑能縮短達(dá)到平衡的時(shí)間并提高CH₃OH的產(chǎn)量
（2）在容積為1L的恒容容器中，分別研究在230℃、250℃、270℃三種溫度下合成甲醇的規(guī)律。右圖是上述三種溫度下不同的H₂和CO的起始組成比（起始時(shí)CO的物質(zhì)的量均為1mol）與CO平衡轉(zhuǎn)化率的關(guān)系。

①在上述三種溫度中，曲線Z對(duì)應(yīng)的溫度是          。
②利用圖中a點(diǎn)對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)，計(jì)算該反應(yīng)在對(duì)應(yīng)溫度下的平衡常數(shù)K （寫出計(jì)算過程）。
③在答題卡相應(yīng)位置上畫出：上述反應(yīng)達(dá)到平衡后，減小體系壓強(qiáng)至達(dá)到新的平衡過程中，正逆反應(yīng)速率與時(shí)間的變化關(guān)系圖并標(biāo)注。

（3）已知：CO(g)+O₂(g)=CO₂(g) △H₂=－283 kJ·mol^－1
H₂(g)+O₂(g)=H₂O(g) △H₃=－242 kJ·mol^－1
則表示1mol氣態(tài)甲醇完全燃燒生成CO ₂和水蒸氣時(shí)的熱化學(xué)方程式為            。

Answer 1

（16分）
（1）①a（2分）   
②（5分）解：根據(jù)圖像可知CO的轉(zhuǎn)化率為50%，H₂的物質(zhì)的量為1.5mol，則：
CO(g)+2H₂(g)CH₃OH(g)
各組分的起始濃度/ mol·L^－1   1      1.5       0
各組分的變化濃度/ mol·L^－1  0.5      1       0.5
各組分的平衡濃度/ mol·L^－1  0.5     0.5       0.5（2分）
K===4L²?mol^—2
（3分，K的表達(dá)式、代入數(shù)據(jù)、結(jié)果各1分，不帶單位不扣分）
③
共4分，分兩個(gè)給分點(diǎn)：①逆反應(yīng)速率變化曲線正確，而且標(biāo)注正確，給2分（曲線起點(diǎn)或曲線平臺(tái)或標(biāo)注3要素，3個(gè)正確給2分，2個(gè)正確給1分，1個(gè)正確給0分。）；②正反應(yīng)速率變化曲線正確，而且標(biāo)注正確，給2分（曲線起點(diǎn)或曲線平臺(tái)或標(biāo)注3要素，3個(gè)正確給2分，2個(gè)正確給1分，1個(gè)正確給0分。）
（3）CH₃OH(g)+3/2O₂(g) CO₂(g)+2H₂O(g)  △H=—651kJ?mol^—1
（3分，方程式含狀態(tài)正確1分、反應(yīng)熱2分，單位錯(cuò)漏扣1分）

解析試題分析：（1）由于CO(g)+2H₂(g)CH₃OH(g)的正反應(yīng)是氣體物質(zhì)的量減小的方向，隨著反應(yīng)的正向進(jìn)行，容器內(nèi)氣體總的物質(zhì)的量逐漸減小，因此恒溫、恒容條件下，容器內(nèi)的壓強(qiáng)逐漸減小，當(dāng)壓強(qiáng)不再變化，說明容器內(nèi)氣體總的物質(zhì)的量保持不變，反應(yīng)達(dá)到平衡，故a正確；氫氣的消耗速率和CO得消耗速率都是正反應(yīng)速率，它們之比始終等于系數(shù)之比，缺少逆反應(yīng)速率，故b錯(cuò)；CO(g)+2H₂(g)CH₃OH(g)；△H₁=－116 kJ·mol^－1，說明正反應(yīng)是放熱反應(yīng)，升高溫度平衡向吸熱或逆反應(yīng)方向移動(dòng)，則CO的轉(zhuǎn)化率減小，故c錯(cuò)；催化劑不能使平衡移動(dòng)，可以加快反應(yīng)速率，因此使用催化劑能縮短達(dá)到平衡的時(shí)間，但是不能提高CH₃OH的產(chǎn)量，故d錯(cuò)；（2）①合成甲醇方向是放熱反應(yīng)，升高溫度平衡向吸熱或逆反應(yīng)方向移動(dòng)，CO的平衡轉(zhuǎn)化率減小，則CO的轉(zhuǎn)化率越小，反應(yīng)溫度越高，圖中n(H₂)/n(CO)保持不變時(shí)，CO的平衡轉(zhuǎn)化率：X>Y>Z，則曲線Z對(duì)應(yīng)的溫度是270℃；②讀圖可得，a點(diǎn)的橫坐標(biāo)n(H₂)/n(CO)=1.5，縱坐標(biāo)CO的平衡轉(zhuǎn)化率為50%，設(shè)起始時(shí)n(CO)=1mol，則n(H₂)=1.5mol，則：
CO(g)+2H₂(g)CH₃OH(g)
各組分的起始濃度/ mol·L^－1   1      1.5       0
各組分的變化濃度/ mol·L^－1  0.5      1       0.5
各組分的平衡濃度/ mol·L^－1  0.5     0.5       0.5
K===4L²?mol^—2
③畫圖要點(diǎn)：a．由于CO(g)+2H₂(g)CH₃OH(g)的正反應(yīng)是氣體體積減小的方向，增大容器體積減小體系壓強(qiáng)時(shí)，平衡向氣體體積增大或逆反應(yīng)方向移動(dòng)，則逆反應(yīng)速率大于正反應(yīng)速率；b．由于反應(yīng)物和生成物均隨容器體積增大而減小，則正反應(yīng)速率和逆反應(yīng)速率均明顯減小；c．達(dá)到新平衡之前，逆反應(yīng)速率逐漸減小，正反應(yīng)速率逐漸增大，因?yàn)槠胶庀蚰娣磻?yīng)方向移動(dòng)，生成物濃度逐漸減小，反應(yīng)物濃度逐漸增大，但都比原平衡的��；d．達(dá)到新平衡時(shí)，正反應(yīng)速率和逆反應(yīng)速率相等，但都比原平衡的小；（3）先將已知兩個(gè)熱化學(xué)方程式編號(hào)為①②③，再根據(jù)蓋斯定律，由②+③×2—①可得：CH₃OH(g)+3/2O₂(g) CO₂(g)+2H₂O(g)  △H=—651kJ?mol^—1。
考點(diǎn)：考查化學(xué)反應(yīng)原理，涉及化學(xué)平衡的標(biāo)志、外界條件對(duì)平衡移動(dòng)的影響、、化學(xué)平衡常數(shù)的計(jì)算、放熱反應(yīng)和吸熱反應(yīng)、溫度對(duì)平衡移動(dòng)的影響、畫出壓強(qiáng)對(duì)反應(yīng)速率和平衡移動(dòng)的圖像、蓋斯定律、熱化學(xué)方程式等。