Question

（14分）能源短缺是人类面临的重大问题。甲醇是一种可再生能源，具有广泛的开发和应用前景，因此甲醇被称为21世纪的新型燃料。工业上用CO生产燃料甲醇，一定条件下发生反应：CO(g)+2H₂(g) CH₃OH(g)。图1表示反应中能量的变化；图2表示一定温度下，在体积为2L的密闭容器中加入4mol H₂和一定量的CO后，CO和CH₃OH(g)的浓度随时间变化图。

请回答下列问题：

（1）在“图1”中，曲线     （填“a”或“b”）表示使用了催化剂；该反应属于       （填“吸热”或“放热”）反应。

（2）根据“图2”判断，下列说法不正确的是     

A．起始充入的CO为1mol 

B．增加CO浓度，CO的转化率增大

C．容器中压强恒定时，反应已达平衡状态

D．保持温度和密闭容器容积不变，再充入1molCO和2molH₂，再次达到平衡时n(CH₃OH)/n(CO)会增大

（3）从反应开始到建立平衡， v(H₂)=            ；该温度下CO(g)+2H₂(g) CH₃OH(g)的化学平衡常数为          。若保持其它条件不变，将反应体系升温，则该反应的化学平衡常数将            （填“增大”、“减小”或“不变”）。

（4）请在“图3”中画出平衡时甲醇蒸气百分含量（纵坐标）随温度（横坐标）变化的曲线，要求画压强不同的2条曲线（在曲线上标出P₁、P₂，且P₁>P₂）。

（5）科学家常用               （填仪器名称）来直接测定某一反应的反应热，现测得：CH₃OH(g)＋3/2O₂(g)＝CO₂(g)＋2H₂O(g) ΔH＝－192.9kJ/mol，又知H₂O(l)= H₂O(g)  ΔH＝＋44 kJ/mol，请写出32g的CH₃OH(g)完全燃烧生成液态水的热化学方程式                          。

 

Answer 1

【答案】

（1）b（1分）  放热（1分）  （2）AB（2分）

（3）0.15mol·L^-1·min^-1（2分）  12（2分）   减小（1分）   

（4）   （2分）

 (5) 量热计（1分） CH₃OH(g)＋3/2O₂(g)＝CO₂(g)＋2H₂O(l) ΔH＝－280.9kJ/mol（2分）

【解析】（1）催化剂能降低活化能，从而加快反应速率，所以b曲线不是使用了催化剂。根据图像可知，反应物的总能量大于生成物的总能量，所以是放热反应。

（2）根据图像可知，CO的浓度减少，甲醇的浓度增加，所以起始时CO时1.0mol/L×2＝2.0mol，A不正确。增加CO的浓度，平衡显正反应方向移动，可以提高氢气的转化率，但会降低CO的转化率，B不正确。反应前后体积是减小的，所以压强也是减小的，C正确。D中相当于增大压强，平衡向正反应方向移动，n(CH₃OH)/n(CO)会增大，D正确，答案选AB。

（3）平衡时生成甲醇0.75mol/L，所以消耗氢气是0.75mol/L×2＝1.5mol/L，则氢气的反应速率是1.5mol/L÷10min＝0.15mol·L^-1·min^-1。平衡时氢气的浓度是2.0mol/L－1.5mol/L＝0.5mol/L，素平衡常数为。升高温度，平衡向逆反应方向移动，平衡常数减小。

（4）正反应是体积减小的、放热的可逆反应。所以温度越高甲醇的含量越低。但压强越大，甲醇的含量越高，图像为（见答案）。

（5）直接测定反应热的是量热计。根据盖斯定律可知①－②×2即得到CH₃OH(g)＋3/2O₂(g)＝CO₂(g)＋2H₂O(l)，所以反应热是－192.9kJ/mol－44 kJ/mol×2＝－280.9kJ/mol。