Question

能源短缺是人類(lèi)社會(huì)面臨的重大問(wèn)題．甲醇是一種可再生能源，具有廣泛的開(kāi)發(fā)和應(yīng)用前景．
（1）工業(yè)上一般采用下列兩種反應(yīng)合成甲醇：
反應(yīng)Ⅰ：CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）△H₁
反應(yīng)Ⅱ：CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）△H₂
如圖所示是反應(yīng)I反應(yīng)過(guò)程中的能量變化曲線．
（1）由圖可知反應(yīng)I為

放熱

反應(yīng)（選填”吸熱、放熱”），反應(yīng)熱△H₁=

-91kJ/mol

．
（2）反應(yīng)I在一定體積的密閉容器中進(jìn)行，能判斷其是否達(dá)到化學(xué)平衡狀態(tài)的依據(jù)是

AB

．
A．容器中壓強(qiáng)不變                 
B．混合氣體中c（CO）不變
C．v_正（H₂）=v_逆（CH₃OH）    
D．c（CO）=c（CH₃OH）
（3）圖中曲線

b

表示使用催化劑時(shí)反應(yīng)的能量變化．
（4）一定條件下，向體積為2L的密閉容器中充入2mol CO₂和6mol H₂，一段時(shí)間后達(dá)到平衡狀態(tài)，測(cè)得CH₃OH（g）的物質(zhì)的量為1mol，則此條件下該反應(yīng)的化學(xué)平衡常數(shù)數(shù)K值=

4

27

（用分?jǐn)?shù)表示），若開(kāi)始時(shí)充入2mol CH₃OH（g） 和2mol H₂O（g）達(dá)到相同平衡時(shí)CH₃OH的轉(zhuǎn)化率為

50%

，若平衡后在充入4mol的N₂，則c（CO₂）是

0.5mol/L

．
（5）從綠色化學(xué)的角度比較上述兩種方法，符合原子經(jīng)濟(jì)的是

Ⅰ

．（填“Ⅰ”或“Ⅱ”）

Answer 1

分析：（1）根據(jù)反應(yīng)物總能量和生成物總能量的關(guān)系判斷反應(yīng)熱；根據(jù)反應(yīng)熱等于正反應(yīng)的活化能減去逆反應(yīng)的活化能；
（2）當(dāng)反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)時(shí)，正逆反應(yīng)速率相等，各物質(zhì)的濃度、百分含量不變，以及由此衍生的一些量也不發(fā)生變化，據(jù)此解答，解題時(shí)要注意，選擇判斷的物理量，隨著反應(yīng)的進(jìn)行發(fā)生變化，當(dāng)該物理量由變化到定值時(shí)，說(shuō)明可逆反應(yīng)到達(dá)平衡狀態(tài)；
（3）根據(jù)催化劑能降低反應(yīng)的活化能；
（4）先根據(jù)三段式計(jì)算出平衡時(shí)各物質(zhì)的濃度，利用各物質(zhì)平衡的濃度來(lái)計(jì)算化學(xué)平衡常數(shù)，利用轉(zhuǎn)化率定義計(jì)算CH₃OH的轉(zhuǎn)化率；根據(jù)等效平衡的從正向建立和逆向建立，轉(zhuǎn)化率之和100%；根據(jù)恒容條件下，充入與反應(yīng)無(wú)關(guān)的氣體，壓強(qiáng)增大，平衡不移動(dòng)，各物質(zhì)的濃度不變；
（5）原子經(jīng)濟(jì)性反應(yīng)是原材料分子中的原子全部轉(zhuǎn)變成所需產(chǎn)物，不產(chǎn)生副產(chǎn)物，實(shí)現(xiàn)零排放；

解答：解：（1）由圖象可以看出反應(yīng)物總能量大于生成物的總能量，則該反應(yīng)的正反應(yīng)為放熱反應(yīng)；反應(yīng)熱=419kJ/mol-510kJ/mol=-91 kJ/mol；
故答案為：放熱；-91 kJ/mol；
（2）A．隨反應(yīng)進(jìn)行氣體的物質(zhì)的量增大，壓強(qiáng)增大，容器中壓強(qiáng)不變，說(shuō)明到達(dá)平衡狀態(tài)，故A正確；
b．反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)時(shí)，各物質(zhì)的濃度不變，混合氣體中c（CO）不變說(shuō)明到達(dá)平衡狀態(tài)，故B正確；
c．不同物質(zhì)表示的速率之比等于化學(xué)計(jì)量數(shù)之比，說(shuō)明到達(dá)平衡狀態(tài)，而v_正（H₂）=v_逆（CH₃OH）不等于化學(xué)計(jì)量數(shù)之比，未達(dá)平衡狀態(tài)，故C正確；
d．反應(yīng)始終按CO與氫氣物質(zhì)的量之比為1：1進(jìn)行，c（H₂）=c（CO）不能說(shuō)明到達(dá)平衡，故D錯(cuò)誤；
故答案為；AB；
（3）催化劑能降低反應(yīng)的活化能，所以圖中曲線b表示使用催化劑時(shí)反應(yīng)的能量變化，故選：b；
（4）CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）
開(kāi)始（mol/L）   1             3             0        0
轉(zhuǎn)化（mol/L）  0.5          1.5             0.5      0.5
平衡（mol/L）  0.5          1.5             0.5      0.5
則化學(xué)平衡常數(shù)K=

0.5  × 0.5

0.5×1．53

=

4

27

；
平衡時(shí)CH₃OH的轉(zhuǎn)化率為

1.5

3

×100%=50%，若開(kāi)始時(shí)充入2mol CH₃OH（g） 和2mol H₂O（g）達(dá)到相同平衡與原平衡等效且等同，c（CO₂）=0.5mol/L，轉(zhuǎn)化率之和100%，所以平衡時(shí)CH₃OH的轉(zhuǎn)化率50%；恒容條件下，充入與反應(yīng)無(wú)關(guān)的氣體，壓強(qiáng)增大，平衡不移動(dòng)，各物質(zhì)的濃度不變，c（CO₂）=0.5mol/L，
故答案為：

4

27

；50%；0.5mol/L；
（5）由題干中原材料分子中的原子全部轉(zhuǎn)變成所需產(chǎn)物，不產(chǎn)生副產(chǎn)物，實(shí)現(xiàn)零排放，可知生成物質(zhì)能有一種，即屬于化合反應(yīng)，反應(yīng)物為多種，生成物為一種，故選：I；

點(diǎn)評(píng)：本題主要考查反應(yīng)熱的計(jì)算、化學(xué)平衡的計(jì)算、化學(xué)平衡的判斷、平衡常數(shù)、等效平衡等，難度中等，注意基礎(chǔ)知識(shí)的掌握，注意（4）中對(duì)等效平衡規(guī)律的掌握．