Question

【題目】甲醇是重要的工業原料.煤化工可以利用煤炭制取水煤氣從而合成甲醇：CO（g）+2H2（g）CH3OH（g）。常溫常壓下反應的能量變化如圖1所示：

②

化學鍵	H—H	H—O	O=O
鍵能kJ/mol	436	x	496

③CO（g）+ O2（g）=CO2（g） △H=-280kJ/mol

H2（g）+O2（g）=H2O（l） △H=-284kJ/mol

H2O（l）=H2O（g） △H=+44kJ/mol

請回答下列問題：

（1）甲醇氣體分解為CO和H2兩種氣體這一反應的活化能為__kJ/mol；

（2）請寫出表示氣態甲醇燃燒熱的熱化學方程式__；

（3）H—O的鍵能x值為__；

（4）如圖2：在一容積可變的密閉容器中充入10molCO氣體和30molH2氣體，當達到平衡狀態A時，容器的體積為20L。如反應開始時仍充入10molCO和30molH2，則在平衡狀態B時容器的體積V（B）=___L；

（5）在甲、乙、丙三個不同密閉容器中按不同方式投料，一定條件下發生該反應（起始溫度和起始體積相同，反應物和生成物反應前后均為氣態）.相關數據如表所示：

容器	甲	乙	丙
相關條件	恒溫恒容	絕熱恒容	恒溫恒壓
反應物投料	1molCO、2molH2	1molCH3OH	1molCH3OH
平衡時容器體積	V（甲）	V（乙）	V（丙）
反應的平衡常數K	K（甲）	K（乙）	K（丙）
平衡時CH3OH的濃度/molL-1	C（甲）	C（乙）	C（丙）
平衡時CH3OH的反應速率/molL-1min-1	v（甲）	v（乙）	v（丙）

則下列說法正確的是___。

A.V（甲）＞V（丙）

B.K（乙）＞K（丙）

C.c（乙）＞c（甲）

D.v（甲）=v（丙）

Answer 1

【答案】510 CH3OH（g）+O2（g）=CO2（g）+2H2O（l）△H=-757kJmol-1 462 7 BC

【解析】

活化能為活化分子具有的能量；燃燒熱的熱化學方程式中，可燃物為1mol，反應生成穩定的氧化物，由圖1可得熱化學方程式：①CO（g）+2H2（l）=CH3OH（g）△H=-91kJ/mol；反應熱=反應物總鍵能-生成物總鍵能，進而計算x的值；合成甲醇的反應為放熱反應，甲為恒溫恒容，乙為絕熱恒容，乙溫度降低，平衡常數增大，丙恒溫恒壓，體積應增大。

(1)由圖像可知甲醇的活化能為（419+91）kJ/mol=510kJ/mol。

(2)燃燒熱的熱化學方程式中，可燃物為1mol，反應生成穩定的氧化物。由圖1可得熱化學方程式：①CO（g）+2H2（l）=CH3OH（g）△H=-91kJ/mol，又已知：②CO（g）+O2（g）═CO2（g）△H=-280kJ/mol ③H2（g）+O2（g）═H2O（l）△H=-284 kJ/mol，根據蓋斯定律，③×2+②-①可得CH3OH（g）+O2（g）=CO2（g）+2H2O（l）△H=-757kJmol-1。

(3)已知：H2（g）+O2（g）═H2O（l）△H=-284 kJ/mol，H2O（l）═H2O（g）△H=+44kJ/mol
二者相加可得：H2（g）+O2（g）═H2O（g）△H=-240 kJ/mol；反應熱=反應物總鍵能-生成物總鍵能，則436kJ/mol+×496kJ/mol-2×x kJ/mol=-240kJ/mol，解得x=462。
(4)A、B兩容器溫度相同，即化學平衡常數相等，由圖可知A點時CO的轉化率為50%，則平衡時CO的物質的量為5mol，H2的物質的量為20mol，甲醇的物質的量為5mol，則；在B點時CO的轉化率為0.8，平衡時CO的物質的量為（10mol-10mol0.8）=2mol，H2的物質的量為（30mol-28mol）=14mol，甲醇的物質的量為8mol，設體積為VL，則有K==1，解得V=7L。
(5)A．丙為甲醇的分解，是氣體體積增大的反應，所以丙恒溫恒壓，體積變大，甲恒溫恒容，體積不變，所以，V甲＜V丙，A錯誤；
B．合成甲醇是放熱反應，其逆反應甲醇分解就是吸熱的，乙絕熱容器，丙恒溫，所以乙反應后比丙溫度低，向吸熱方向進行的程度小，平衡時乙中甲醇濃度比丙高，CO和氫氣濃度比丙低，K乙＞K丙，B正確；
C．條件相同時，甲與乙是等效平衡．甲與乙容器體積相同，乙分解甲醇吸熱導致乙比甲溫度低，平衡向合成甲醇方向移動，平衡時甲醇濃度乙大于甲，即c乙＞c甲，C正確；
D．甲與丙起始溫度和起始體積相同，恒溫條件下反應，丙在恒壓條件下分解甲醇生成氫氣和CO，平衡時體積比反應前大，即平衡時丙體積大于甲，則壓強甲大于丙，所以υ甲＞υ丙，D錯誤；

答案選BC。