Question

【題目】開發、使用清潔能源發展“低碳經濟”，正成為科學家研究的主要課題。氫氣、甲醇是優質的清潔燃料，可制作燃料電池。

（1）已知：①2CH3OH（1）+ 3O2（g）= 2CO2（g）+ 4H2O（g）ΔH1 = –1275.6 kJ·mol– 1

②2CO（g）+ O2（g）= 2CO2（g） ΔH2 = –566.0 kJ·mol– 1

③H2O（g）= H2O（1） ΔH3 = –44.0 kJ·mol– 1

寫出甲醇不完全燃燒生成一氧化碳和液態水的熱化學方程式：___________________。

（2）生產甲醇的原料CO和H2來源于：CH4（g）+ H2O（g）CO（g）+ 3H2（g）

①一定條件下CH4的平衡轉化率與溫度、壓強的關系如圖a。則，Pl _______P2；A、B、C三點處對應平衡常數（KA、KB、KC）的由大到小的順序為__________。（填“<”、“>”“=”）

②100℃時，將1 mol CH4和2 mol H2O通入容積為100 L的反應室，如果5min達到平衡時CH4的轉化率為0.5，則v(H2)=________________100℃時該反應的平衡常數K =_________。反應達到平衡的標志是：_____________。

A．容器內氣體密度恒定

B．單位時間內消耗0.1 mol CH4同時生成0.3 mol H2

C．容器的壓強恒定

D．3v正（CH4）= v逆（H2）

③為了加快化學反應速率且使體系中氣體的物質的量減少，其他條件不變時，可采取的措施有________(填編號)。

A.升高溫度 B.縮小容器體積 C.再充入CH4氣體 D.使用合適的催化劑

Answer 1

【答案】CH3OH（l）+ O2（g）= CO（g）+ 2H2O（l） ΔH = –442．8 kJ·mol – 1 < KC> KB >KA 0.003mol/L·min 2.25×10– 4 CD B

【解析】

根據蓋斯定律分析熱化學方程式的書寫和熱量的計算，根據平衡的三段式計算平衡時的數據和平衡常數、速率等，根據條件對平衡的影響進行分析。

(1)根據蓋斯定律分析，熱化學方程式 ①2CH3OH（1）+ 3O2（g）= 2CO2（g）+ 4H2O（g）ΔH1 = –1275.6 kJ·mol– 1，②2CO（g）+ O2（g）= 2CO2（g） ΔH2 = –566.0 kJ·mol– 1，③H2O（g）= H2O（1） ΔH3 = –44.0 kJ·mol– 1分析，有（①-②+③×4）/2得熱化學方程式 CH3OH（l）+ O2（g）= CO（g）+ 2H2O（l） ΔH =（-1275.6+566-44×4）kJ/mol/2= –442．8 kJ·mol – 1；

(2) ①溫度不變，隨著壓強增大，平衡逆向移動，甲烷的平衡轉化率減小，所以P1<P2；

隨著溫度升高，平衡轉化率增大，說明平衡常數變大，所以平衡常數的關系為KC> KB >KA ；

②甲烷的消耗量為0.5mol，則根據方程式分析生成1.5mol氫氣，則氫氣表示反應速率為=mol/(L·min)=0.003mol/(L·min)；

CH4（g）+ H2O（g）CO（g）+ 3H2（g）

起始物質的量1 2 0 0

改變物質的量0.5 0.5 0.5 1.5

平衡物質的量0.5 1.5 0.5 1.5

平衡常數為=2.25×10–4；

A．該反應全為氣體，容器的體積不變，所以容器內氣體密度始終不變，所以密度恒定不能說明反應達到平衡，故錯誤；B．單位時間內消耗0.1 mol CH4同時生成0.3 mol H2 都表示正反應速率，不能說明反應達到平衡，故錯誤；C．容器的壓強恒定可以說明反應體系中氣體總物質的量不變，說明反應達到平衡，故正確；D．3v正（CH4）= v逆（H2）可以說明正逆反應速率相等，則能說明反應到平衡，故選CD。

③A.升高溫度平衡正向移動，體系中氣體物質的量增加，故錯誤；B.縮小容器體積，反應速率加快，平衡逆向移動，氣體物質的量減小，故正確；C.再充入CH4氣體，反應速率增加，平衡正向移動，氣體物質的量增加，故錯誤；D.使用合適的催化劑，反應速率加快，但平衡不移動氣體物質的量不變，故錯誤。故選B。