Question

19．節能減排已經成為全社會的共識，浙江省在原先推行乙醇汽油的基礎上，開始試點甲醇汽油（即在汽油中添加一定量的甲醇），根據檢測的數據分析認為，若寧波全市的140余萬輛機動車全部使用甲醇汽油，一年內能減少有害氣體（一氧化碳）排放將近100萬噸．甲醇常利用煤氣化過程中生成的CO和H₂來制備：CO+2H₂?CH₃OH．請根據圖示回答下列：

（1）關于該反應的下列說法中，正確的是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）現進行如下實驗，在體積為1L的密閉容器中，充入1molCO和3molH₂，凈測得CO和CH₃OH（g）的濃度隨時間變化如（圖1）所示．從反應開始到平衡，CO的平均反應速率v（CO）=0.075mol/（L•min），該反應的平衡常數K=$\frac{4}{9}$．
（3）恒容條件下，達到平衡后，下列措施中能使n（CH₃OH）/n（CO）增大的有C．
A．升高溫度           B．充入He氣        C．再充入1molCO和3molH₂        D．使用催化劑
（4）若在一體積可變的密閉容器中充入1molCO、2molH₂和1molCH₃OH，達到平衡時測的混合氣體的密度是同溫同壓下起始的1.6倍（此過程三種物質均處于氣態），則平衡時混合氣體的平均摩爾質量=25.6g/mol．
（5）根據（圖2），寫出此反應的熱化學方程式CO（g）+2H₂（g）=CH₃OH（g）△H=-91kJ/mol．

Answer 1

分析 （1）根據方程式可知，該反應為氣體體積減小的反應，根據圖2可知，生成物質能量低于反應；
（2）根據圖I時，反應中CO濃度的變化，結合速率公式計算，根據K=$\frac{c（C{H}_{3}OH）}{c（CO）{c}^{2}（{H}_{2}）}$計算平衡常數；
（3）恒容條件下，下列措施中能使$\frac{n（C{H}_{3}OH）}{n（CO）}$增大，則平衡正移，據此分析；
（4）根據平均摩爾質量=$\frac{總質量}{總物質的量}$計算；
（5）根據反應物與生成物的總能量來分析吸熱還是放熱，并書寫熱化學反應方程式．

解答 解：（1）根據方程式可知，該反應為氣體體積減小的反應，所以該反應△S＜0，根據圖2可知，生成物質能量低于反應，所以△H＜0，故選C；
（2）由圖I可知，反應中CO濃度的變化為：1.00-0.25=0.75mol•L^-1，則v（CO）=$\frac{△c}{△t}$=$\frac{0.75mol/L}{10min}$=0.075mol/（L•min），根據圖可知，平衡時c（CO）=0.25mol/L，c（CH₃OH）=0.75mol/L，c（H₂）=1.5mol/L，K=$\frac{c（C{H}_{3}OH）}{c（CO）{c}^{2}（{H}_{2}）}$=$\frac{0.7{5}^{2}}{1．{5}^{2}×0.25}$=$\frac{4}{3}$，
故答案為：0.075mol/（L•min）；$\frac{4}{3}$；
（3）恒容條件下，下列措施中能使$\frac{n（C{H}_{3}OH）}{n（CO）}$增大，則平衡正移；
A．已知該反應的正方向為放熱反應，升高溫度，平衡逆移，故A錯誤；
B．充入He氣，容器的體積不變，各反應物的濃度不變，平衡不移動，故B錯誤；
C．再充入1molCO和2molH₂，與原來加入了的量等比例，平衡時比原來的平衡的壓強增大，平衡正移，故C正確；
D．使用催化劑，同等程度的改變正逆反應速率，平衡不移動，故D錯誤；
故答案為：C；
（4）由平衡時密度可知，平衡后混合氣體的物質的量為起始時的$\frac{1}{1.6}$，平衡時總物質的量為（1mol+2mol+1mol）×$\frac{1}{1.6}$=2.5mol，總質量為1×28g+2×2g+1×32g=64g，所以平均摩爾質量=$\frac{64g}{2.5mol}$=25.6g/mol，
故答案為：25.6；
（5）反應物的總能量為419kJ，生成物的總能量為510kJ，則該反應為放熱反應，放出的熱量為419kJ-510kJ=91kJ，熱化學方程式為CO（g）+2H₂（g）=CH₃OH（g）△H=-91 kJ/mol，
故答案為：CO（g）+2H₂（g）=CH₃OH（g）△H=-91 kJ/mol．

點評 本題為綜合性習題，考查影響化學平衡的因素、熱化學反應、化學平衡常數、反應速率的計算，圖象的分析和利用等知識點，注重對高考熱點知識的考查，是較好的習題，題目難度中等．