Question

能源短缺是人類(lèi)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．因此甲醇被稱(chēng)為21世紀(jì)的新型燃料．
（1）工業(yè)上一般采用下列兩種反應(yīng)合成甲醇：
反應(yīng)A：CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）△H₁
反應(yīng)B：CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）△H₂
①下列條件中，能說(shuō)明反應(yīng)A達(dá)到平衡狀態(tài)的是

C

．
A．生成甲醇的速率與生成水的速率相等    B．v（H₂）/3=v（CH₃OH）
C．恒容容器中，體系的壓強(qiáng)不再改變      D．恒容容器中，混合氣體密度不再發(fā)生改變
②在一定的壓強(qiáng)下，將CO與H₂的混合氣體在催化劑作用下能自發(fā)反應(yīng)生成甲醇，則
△H₂

＜

0，△S

＜

0（填“＞”、“=”或“＜”）．
③對(duì)于反應(yīng)B，若容器容積不變，下列措施可增加甲醇產(chǎn)率的是

BD

．
A．升高溫度                        B．將CH₃OH（g）從體系中分離
C．充入He，使體系總壓強(qiáng)增大        D．按原比例再充入CO和H．
④某溫度下，將2mol CO和6mol H₂，充入2L的密閉容器中，充分反應(yīng)，達(dá)到平衡后，測(cè)得c（CO）=0.2mol?L^-1，則CO的轉(zhuǎn)化率為

80%

，則該溫度下該反應(yīng)的平衡常數(shù)為

2.04

．
（2）已知在常溫常壓下：
①2CH₃OH（I）十3O₂（g）=CO₂（g）+4H₂O（g）△H=-1275.6kJ?mol^-1
②2CO（g）+O₂ （g）═2CO₂ （g）△H=-566.0kJ?mol^-1
③H₂O（g）═H₂O（l）△H=-44.0kJ．mol^-1
寫(xiě)出甲醇不完全燃燒生成一氧化碳和液態(tài)水的熱化學(xué)方程式

CH₃OH（l）+O₂（g）=CO（g）+2H₂O（l）△H=-442.8kJ/mol

．

Answer 1

分析：（1）①化學(xué)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)的濃度不再發(fā)生改變，由此衍生的一些物理量不變，以此判斷是否達(dá)到平衡狀態(tài)；
②反應(yīng)能自發(fā)進(jìn)行，應(yīng)滿(mǎn)足△G=△H-T?△S＜0；
③加甲醇產(chǎn)率，應(yīng)使平衡向正反應(yīng)方向移動(dòng)；
④利用三段式法計(jì)算平衡濃度，進(jìn)而可計(jì)算平衡常數(shù)；
（2）利用蓋斯定律計(jì)算反應(yīng)熱．

解答：解：（1）①A．無(wú)論是否達(dá)到平衡狀態(tài)，都存在生成甲醇的速率與生成水的速率相等，不能用來(lái)判斷平衡狀態(tài)的標(biāo)志，故A錯(cuò)誤；    
B．

1

3

v（H₂）=v（CH₃OH），符合反應(yīng)速率之比等于化學(xué)計(jì)量數(shù)之比，但不能說(shuō)明正逆反應(yīng)速率相等，不能判斷是否達(dá)到平衡，故B錯(cuò)誤；
C．反應(yīng)前后氣體的化學(xué)計(jì)量數(shù)不等，恒容容器中，體系的壓強(qiáng)不再改變，說(shuō)明達(dá)到平衡狀態(tài)，故C正確；      
D．化學(xué)反應(yīng)前后氣體的質(zhì)量不變，容器的體積不變，無(wú)論是否達(dá)到平衡狀態(tài)，恒容容器中，混合氣體密度都不發(fā)生改變，不能判斷是否達(dá)到平衡，故D錯(cuò)誤．
故答案為：C；
②由方程式可知，反應(yīng)生成氣體的物質(zhì)的量減少，則△S＜0，反應(yīng)能自發(fā)進(jìn)行，應(yīng)滿(mǎn)足△G=△H-T?△S＜0，則△H₂＜0，
故答案為：＜；＜；
③A．由①可知，該反應(yīng)放熱，升溫，平衡向逆反應(yīng)方向移動(dòng)，甲醇產(chǎn)率減小，故A錯(cuò)誤；
B．將CH₃OH（g）從體系中分離，平衡向正反應(yīng)方向移動(dòng)，甲醇產(chǎn)率增大，故B正確；
C．充入He，使體系總壓強(qiáng)增大，各物質(zhì)的濃度不變，平衡不移動(dòng)，故C錯(cuò)誤
D．按原比例再充入CO₂和H₂，由等效平衡可知平衡正向移動(dòng)，甲醇產(chǎn)率增大，故D正確；
故選：BD．
④設(shè)一氧化碳的變化量為x，則
                   CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）
初始濃度（mol/L）    1        3         0 
變化濃度（mol/L）   0.8      1.6        0.8
平衡濃度（mol/L）   0.2      2.4        0.8
則CO的轉(zhuǎn)化率=

0.8

1

×100%=80%，平衡常數(shù)K=

[CH3OH]

[CO][H2]2

=

0.8

0.2×2．42

=2.04，
故答案為：80%；2.04；
（2）甲醇不完全燃燒生成一氧化碳和液態(tài)水的反應(yīng)CH₃OH（l）+O₂（g）=CO（g）+2H₂O（l）和反應(yīng)①2CH₃OH（l）+3O₂（g）=2CO₂（g）+4H₂O（g）△H=-1275.6kJ/mol，②2CO （g）+O₂（g）=2CO₂（g）△H=-566.0kJ/mol，③H₂O（g）=H₂O（l）
△H=-44.0kJ/mol之間的關(guān)系為：①×

1

2

-②×

1

2

+2×③=-442.8 kJ∕mol，
故答案為：CH₃OH（l）+O₂（g）=CO（g）+2H₂O（l）△H=-442.8kJ∕mol．

點(diǎn)評(píng)：本題考查化學(xué)平衡以及化學(xué)反應(yīng)與能量問(wèn)題，題目綜合度較高，難度中等，本題注意把握化學(xué)平衡的計(jì)算以及反應(yīng)熱的計(jì)算方法．