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12.节能减排已经成为全社会的共识,浙江省在原先推行乙醇汽油的基础上,开始试点甲醇汽油(即在汽油中添加一定量的甲醇),根据检测的数据分析认为,若宁波全市的140余万辆机动车全部使用甲醇汽油,一年内能减少有害气体(一氧化碳)排放将近100万吨.甲醇常利用煤气化过程中生成的CO和H2来制备:
CO+2H2?CH3OH.请根据图示回答下列:

(1)关于该反应的下列说法中,正确的是C(填字母):
A.△H>0,△S>0                 B.△H>0,△S<0
C.△H<0,△S<0                 D.△H<0,△S>0
(2)现进行如下实验,在体积为1L的密闭容器中,充入1molCO和3molH2,净测得CO和CH3OH(g)的浓度随时间变化如(图1)所示.从反应开始到平衡,CO的平均反应速率v
(CO)=0.075,该反应的平衡常数K=$\frac{4}{3}$.
(3)恒容条件下,达到平衡后,下列措施中能使n(CH3OH)/n(CO)增大的有C.
A.升高温度     B.充入He气    C.再冲入1molCO和3molH2  D.使用催化剂
(4)若在一体积可变的密闭容器中充入1molCO、2molH2和1molCH3OH,达到平衡时测的混合气体的密度是同温同压下起始的1.6倍(此过程三种物质均处于气态),则平衡时混合气体的平均摩尔质量=25.6 g/mol.
(5)根据(图2),写出此反应的热化学方程式CO(g)+2H2(g)=CH3OH(g)△H=-91 kJ/mol.

分析 (1)该反应为气体体积减小的反应,所以该反应△S<0,△H-T△S<0反应自发进行;
(2)由图可知,10min到达平衡,平衡时CO浓度为0.25mol/L,则△c(CO)=(1.00-0.25)mol/L=0.75mol/L,则平衡时c(CH3OH)=△c(CO)=0.75mol/L,平衡时c(H2)=3mol/L-2△c(CO)=1.5mol/L,
根据v=$\frac{△c}{△t}$计算v(CO),平衡常数K=$\frac{c(C{H}_{2}OH)}{c(CO)×{c}^{2}({H}_{2})}$;
(3)使平衡体系中$\frac{n(C{H}_{3}OH)}{n(CO)}$增大,可以使平衡正向移动,注意不能增大CO或降低甲醇的量,也可能增大甲醇的量,使平衡逆向移动;
(4)同温同压下,气体的密度之比等于摩尔质量之比;
(5)根据反应物与生成物的总能量来分析吸热还是放热,并书写热化学反应方程式.

解答 解:(1)该反应为气体体积减小的反应,所以该反应△S<0,△H-T△S<0反应自发进行,所以△H<0,故选:C;
(2)由图可知,10min到达平衡,平衡时CO浓度为0.25mol/L,则△c(CO)=(1.00-0.25)mol/L=0.75mol/L,则平衡时c(CH3OH)=△c(CO)=0.75mol/L,平衡时c(H2)=3mol/L-2△c(CO)=1.5mol/L,则:v(CO)=$\frac{0.75mol/L}{10min}$=0.075mol/(L.min),平衡常数K=$\frac{c(C{H}_{2}OH)}{c(CO)×{c}^{2}({H}_{2})}$=$\frac{0.75}{0.25×1.{5}^{2}}$=$\frac{4}{3}$,
故答案为:0.075;$\frac{4}{3}$;
(3)A.正反应为放热反应,升高温度平衡逆向移动,$\frac{n(C{H}_{3}OH)}{n(CO)}$减小,故A错误;
B.充入He气体,恒温恒容下,各物质浓度不变,平衡不移动,则$\frac{n(C{H}_{3}OH)}{n(CO)}$不变,故B错误;
C.再冲入1molCO和3molH2,等效为增大压强,平衡正向移动,$\frac{n(C{H}_{3}OH)}{n(CO)}$增大,故C正确;
D.使用催化剂可以加快反应速率,不影响平衡移动,$\frac{n(C{H}_{3}OH)}{n(CO)}$不变,故D错误,
故选:C;
(4)开始通入1molCO、2molH2和1molCH3OH,平均摩尔质量=$\frac{1×28+2×2+1×32}{1+2+1}$g/mol=16g/mol,同温同压下,气体的密度之比等于摩尔质量之比,故平衡时混合气体的平均摩尔质量=1.6×16g/mol=25.6g/mol,
故答案为:25.6;
(5)反应物的总能量为419kJ,生成物的总能量为510kJ,则该反应为放热反应,放出的热量为419kJ-510kJ=91kJ,热化学方程式为CO(g)+2H2(g)=CH3OH(g)△H=-91 kJ/mol,
故答案为:CO(g)+2H2(g)=CH3OH(g)△H=-91 kJ/mol.

点评 本题考查化学平衡计算与影响因素、平衡常数、反应速率计算等,题目难度中等,(3)中注意学生容易只考虑正向移动,忽略增大甲醇逆向移动情况.

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