Question

4．甲醇脱氧制取甲醛的原理为CH₃OH（g）?HCHO（g）+H₂（g），某科研小组在1L恒溶密闭容器中充入1molCH₃OH，对该反应进行了一系列的研究，得到甲醇的平衡转化率随温度的变化曲线如图所示．
回答下列问题：
（1）研究表明，该反应的△H＞0（填“＞”“＜”或“=”），能说明该反应达到平衡状态的依据是bc．
a．v（CH₃OH）=v（HCHO）                   
b．H₂的浓度不再变化
c．混合气体的平均相对分子质量不再变化   
d．混合气体的密度不再变化
（2）T₁K时，该反应的平衡常数K=8.1，此温度下，从反应开始到平衡所经过的时间为10s，则v（HCHO）为0.09mol•L^-1•s^-1，达到平衡后若再向此容器中再通入1.1molCH₃OH和1.1molH₂，则平衡将向正反应方向（填“正反应方向”或“逆反应方向”）移动，其原因是Qc=$\frac{0.9×（0.9+1.1）}{0.1+1.1}$=1.5＜K=8.1．
（3）600K时，Y点甲醇的v（正）＜（填“＞”“＜”或“=”）v（逆），理由是Y点的转化率高于相同温度下平衡点X的转化率，故Y点反应向逆反应方向移动．
（4）已知在25℃、1alm下：
    2CH₃OH（l）+3O₂（g）=2CO₂（g）+4H₂O（l）△H₁=-1415.25kJ•mol^-1
    2CH₃OH（l）+CO₂（g）=CH₃OCOOCH₃（l）+H₂O（l）△H₂=-151.72kJ•mol^-1
    则CH₃OCOOCH₃（l）+3O₂（g）=3CO₂（g）+3H₂O（l）△H₃=-1263.53kJ•mol^-1．

Answer 1

分析 （1）由图可知，温度越高，平衡时甲醇的转化率越大，说明升高温度平衡向正反应方向移动，则正反应为吸热反应；
可逆反应到达平衡时，正逆反应速率相等，各组分的含量、浓度保持不变，由此衍生其它一些物理量不变，注意选择判断平衡的物理量应随反应进行发生变化，当该物理量由变化到不变化，说明到达平衡；
（2）由图可知，T₁K时甲醇的转化率为0.9，则参加反应甲醇的物质的量为0.9mol，容器体积为1L，则甲醇的起始浓度为1mol/L，浓度变化量为0.9mol/L，则：
          CH₃OH（g）?HCHO（g）+H₂（g）
开始（mol）：1           0        0
转化（mol）：0.9         0.9      0.9
平衡（mol）：0.1         0.9      0.9
代入平衡常数表达式K=$\frac{c（HCHO）×c（{H}_{2}）}{c（C{H}_{3}OH）}$计算平衡常数；
根据v=$\frac{△c}{△t}$计算v（HCHO）；
达到平衡后若再向此容器中再通入1.1molCH₃OH和1.1molH₂，计算此时的浓度商Qc，与平衡常数比较，判断反应进行方向；
（3）由图可知，Y点的转化率高于相同温度下平衡点X的转化率，故Y点反应向逆反应方向移动；
（4）由盖斯定律，由已知热化学方程式乘以适当的系数进行加减构造目标方程式，反应热也进行相应的计算．

解答 解：（1）由图可知，温度越高，平衡时甲醇的转化率越大，说明升高温度平衡向正反应方向移动，则正反应为吸热反应，则△H＞0；
a．没有指明正、逆速率，若均为正反应反应速率，二者反应速率始终相等，故a错误；
b．随反应进行氢气的浓度增大，当H₂的浓度不再变化时，说明到达平衡，故b正确；
c．混合气体的总质量不变，随反应进行总物质的量增大，故随反应进行平均相对分子质量减小，当平均相对分子质量不再变化时，说明到达平衡，故c正确；
d．混合气体总质量不变，容器体积不变，混合气体的密度始终不变，不能说明到达平衡，故d错误，
故答案为：＞；bc；
可逆反应到达平衡时，正逆反应速率相等，各组分的含量、浓度保持不变，由此衍生其它一些物理量不变，注意选择判断平衡的物理量应随反应进行发生变化，当该物理量由变化到不变化，说明到达平衡；
（2）由图可知，T₁K时甲醇的转化率为0.9，则参加反应甲醇的物质的量为0.9mol，容器体积为1L，则甲醇的起始浓度为1mol/L，浓度变化量为0.9mol/L，则：
          CH₃OH（g）?HCHO（g）+H₂（g）
开始（mol）：1           0        0
转化（mol）：0.9         0.9      0.9
平衡（mol）：0.1         0.9      0.9
故T₁K时，平衡常数K=$\frac{c（HCHO）×c（{H}_{2}）}{c（C{H}_{3}OH）}$=$\frac{0.9×0.9}{0.1}$8.1，
此温度下，从反应开始到平衡所经过的时间为10s，则v（HCHO）=$\frac{0.9mol/L}{10s}$=0.09mol/（L．s），
达到平衡后若再向此容器中再通入1.1molCH₃OH和1.1molH₂，此时的浓度商Qc=$\frac{0.9×（0.9+1.1）}{0.1+1.1}$=1.5＜K=8.1，平衡向正反应方向进行，
故答案为：8.1；0.09；正反应方向；Qc=$\frac{0.9×（0.9+1.1）}{0.1+1.1}$=1.5＜K=8.1；
（3）由图可知，Y点的转化率高于相同温度下平衡点X的转化率，故Y点反应向逆反应方向移动，则v（正）＜v（逆），
故答案为：＜；Y点的转化率高于相同温度下平衡点X的转化率，故Y点反应向逆反应方向移动；
（4）①2CH₃OH（l）+3O₂（g）=2CO₂（g）+4H₂O（l）△H₁=-1415.25kJ•mol^-1
    ②2CH₃OH（l）+CO₂（g）=CH₃OCOOCH₃（l）+H₂O（l）△H₂=-151.72kJ•mol^-1
将方程式①-②得CH₃OCOOCH₃（l）+3O₂（g）=3CO₂（g）+3H₂O（l）△H₃=△H₁-△H₂=-（1415.25-151.72）mol/L=-1263.53mol/L，
故答案为：-1263.53．

点评 本题考查盖斯定律、化学平衡常数计算、平衡状态判断等知识点，侧重考查分析计算能力，知道只有反应前后改变的物理量才能作为平衡状态判断依据，会根据平衡常数与浓度商相对大小判断反应方向，题目难度中等．