Question

【題目】應對霧霾污染、改善空氣質量需要從多方面入手，如開發利用清潔能源。甲醇是一種可再生的清潔能源，具有廣闊的開發和應用前景。

（1）已知：①CH3OH(g)＋H2O(l)=CO2(g)＋3H2(g) ΔH=＋93.0 kJ·mol－1

②CH3OH(g)＋1/2O2(g)=CO2(g)＋2H2(g) ΔH＝－192.9 kJ·mol－1

③CH3OH(g)=CH3OH(l) ΔH＝－38.19 kJ·mol－1

則表示 CH3OH的燃燒熱的熱化學方程式為___________ 。

（2）在一定條件下用CO和H2合成CH3OH：CO(g)＋2H2(g) CH3OH(g)，在2 L恒容密閉容器中充入1 mol CO和2 mol H2，在催化劑作用下充分反應。 上圖表示平衡混合物中 CH3OH的體積分數在不同壓強下隨溫度的變化的平衡曲線。回答下列問題：

①該反應的反應熱 ΔH________ 0（填“>”或“<”）， 在_______ (填“高溫”、“低溫” )下易自發，壓強的相對大小與 p1_______ p2（填“>”或“<”）。

②壓強為 p2，溫度為300℃時，該反應的化學平衡常數的計算表達式為 K=_______。

③下列各項中，不能說明該反應已經達到平衡的是_______。

A.容器內氣體壓強不再變化 B.υ(CO):υ(H2)=1:2

C.容器內的密度不在變化 D.容器內混合氣體的平均相對分子質量不再變化

E.容器內各組分的質量分數不再變化

④某溫度下，在保證 H2濃度不變的情況下，增大容器的體積，平衡_______。

A.向正反應方向移動 B.向逆反應方向移動 C.不移動

Answer 1

【答案】 CH3OH(l)＋3/2O2(g)=CO2(g)＋2H2O(l) ΔH=－726.51 kJ·mol-1 < 低溫 > BC C

【解析】（1）已知：①CH3OH(g)＋H2O(l)=CO2(g)＋3H2(g) ΔH1=＋93.0 kJ·mol－1；

②CH3OH(g)＋1/2O2(g)=CO2(g)＋2H2(g) ΔH2＝－192.9 kJ·mol－1；

③CH3OH(g)=CH3OH(l) ΔH3＝－38.19 kJ·mol－1；根據蓋斯定律可知，②×3-①×2-③得反應CH3OH(l)＋O2(g)=CO2(g)＋2H2O(l) ，此時 ΔH=（－192.9 kJ·mol－1）×3-（＋93.0 kJ·mol－1）×2-（－38.19 kJ·mol－1）=－726.51 kJ·mol-1；即CH3OH的燃燒熱的熱化學方程式為CH3OH(l)＋3/2O2(g)=CO2(g)＋2H2O(l) ΔH=－726.51 kJ·mol-1；

（2）①由圖可知，升高溫度，CH3OH的體積分數減小，平衡逆向移動，則該反應的△H＜0；已知CO(g)＋2H2(g) CH3OH(g)的△S＜0，根據△G=△H-T△S，當反應處于低溫時，△G＜0，反應能自發進行；300℃時，增大壓強，平衡正向移動，CH3OH的體積分數增大，所以p1＞p2；
②壓強為 p2，溫度為300℃時，平衡混合物中 CH3OH的體積分數為50%，

CO(g) ＋ 2H2(g) CH3OH(g)

起始物質的量濃度（mol/L） 0.5 1 0

變化的物質的量為濃度（mol/L） c 2c c

平衡的物質的量為濃度（mol/L） 0.5-c 1-2c c

則：=50%，解得：c=0.375，則該反應的化學平衡常數的計算表達式為 K==；

③A．隨反應進行混合氣體物質的量減小，恒溫恒容下壓強減小，容器中壓強保持不變說明到達平衡，故A錯誤；B．伴隨反應的進行過程中，始終保持υ(CO):υ(H2)=1:2，則不能說明反應到達平衡，故B正確；C．混合氣體總質量不變，恒溫恒容下，容器內氣體密度始終保持不變，不能說明反應到達平衡，故C正確；D．混合氣體總質量不變，隨反應進行混合氣體物質的量減小，平均相對分子質量增大，平均相對分子質量不變說明到達平衡，故D錯誤；E．容器內各組分的質量分數不再變化說明到達平衡，故E錯誤；故答案為BC；
④某溫度下，在保證H2濃度不變的情況下，增大容器的體積，說明c（CH3OH）與c（CO）同等倍數減小，又濃度商Qc==K，此時平衡不移動，故答案為C。