Question

20．甲醇是重要的工業原料．煤化工可以利用煤炭制取水煤氣從而合成甲醇：CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）．已知常溫常壓下反應的能量變化如圖1所示：
②

化學鍵	H-H	H-O	O=O
鍵能kj/mol	436	x	496

（3）CO（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）=CO₂（g）△H=-280kJ/mol
H₂（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）=H₂O（I）△H=-284kJ/mol
H₂O（I）=H₂O（g）△H=+44kJ/mol
請回答下列問題：
（1）甲醇氣體分解為CO和H₂兩種氣體這一反應的活化能為510kj/mol；
（2）請寫出表示氣態甲醇燃燒熱的熱化學方程式CH₃OH（g）+$\frac{3}{2}$O₂（g）=CO₂（g）+2H₂O（l）△H=-757kJ•mol^-1；
（3）H-O的鍵能x值為462；
（4）如圖2：在一容積可變的密閉容器中充入10molCO氣體和30molH₂氣體，當達到平衡狀態A時，容器的體積為20L．如反應開始時仍充入10molCO和30molH₂，則在平衡狀態B時容器的體積V（B）=7L；
（5）在甲、乙、丙三個不同密閉容器中按不同方式投料，一定條件下發生該反應（起始溫度和起始體積相同，反應物和生成物反應前后均為氣態）．相關數據如表所示：

容器	甲	乙	丙
相關條件	恒溫恒容	絕熱恒容	恒溫恒壓
反應物投料	1molCO、2molH2	1molCH3OH	1molCH3OH
平衡時容器體積	V（甲）	V（乙）	V（丙）
反應的平衡常數K	K（甲）	K（乙）	K（丙）
平衡時CH3OH的濃度/mol•L-1	C（甲）	C（乙）	C（丙）
平衡時CH3OH的反應速率/mol•L-1•min-1	v（甲）	v（乙）	v（丙）

則下列說法正確的是BC．
A．V（甲）＞V（丙）B．K（乙）＞K（丙）
C．c（乙）＞c（甲）              D．v（甲）=v（丙）

Answer 1

分析 （1）由圖象判斷，活化能為活化分子具有的能量；
（2）燃燒熱的熱化學方程式中，可燃物為1mol，反應生成穩定的氧化物．
由圖1可得熱化學方程式：①CO（g）+2H₂（l）=CH₃OH（g）△H=-91kJ/mol，
又已知：②CO（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）═CO₂（g）△H=-280kJ/mol
③H₂（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）═H₂O（l）△H=-284 kJ/mol
根據蓋斯定律，③×2+②-①可得：CH₃OH（g）+$\frac{3}{2}$O₂（g）=CO₂（g）+2H₂O（l）；
（3）已知：H₂（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）═H₂O（l）△H=-284 kJ/mol，
H₂O（l）═H₂O（g）△H=+44kJ/mol，
二者相加可得：H₂（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）═H₂O（g）△H=-240 kJ/mol，反應熱=反應物總鍵能-生成物總鍵能，進而計算x的值；
（4）A、B反應溫度相等，則平衡常數相等，利用平衡常數計算；
（5）合成甲醇的反應為放熱反應，甲為恒溫恒容，乙為絕熱恒容，乙溫度降低，平衡常數增大，丙恒溫恒壓，體積應增大，以此解答．

解答 解：（1）由圖形可知甲醇的活化能為（419+91）kJ/mol=510kJ/mol，故答案為：510；
（2）燃燒熱的熱化學方程式中，可燃物為1mol，反應生成穩定的氧化物．
由圖1可得熱化學方程式：①CO（g）+2H₂（l）=CH₃OH（g）△H=-91kJ/mol，
又已知：②CO（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）═CO₂（g）△H=-280kJ/mol
③H₂（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）═H₂O（l）△H=-284 kJ/mol
根據蓋斯定律，③×2+②-①可得：CH₃OH（g）+$\frac{3}{2}$O₂（g）=CO₂（g）+2H₂O（l）△H=-757kJ•mol^-1，
故答案為：CH₃OH（g）+$\frac{3}{2}$O₂（g）=CO₂（g）+2H₂O（l）△H=-757kJ•mol^-1；
（3）已知：H₂（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）═H₂O（l）△H=-284 kJ/mol，
H₂O（l）═H₂O（g）△H=+44kJ/mol
二者相加可得：H₂（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）═H₂O（g）△H=-240 kJ/mol，
反應熱=反應物總鍵能-生成物總鍵能，則436kJ/mol+$\frac{1}{2}$×496kJ/mol-2×x kJ/mol=-240kJ/mol，解得x=462，
故答案為：462；
（4）A、B兩容器溫度相同，即化學平衡常數相等，A點時轉化率為50%，則K=$\frac{0.25}{0.25×{1}^{2}}$=1，且B點時CO的轉化率為0.8，
則                  CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）
起始（mol）：10            30                 0
轉化（mol）：8              16                8
平衡（mol）：2               1 4               8
設體積為VL，則有K=$\frac{\frac{8}{V}}{\frac{2}{V}×（\frac{14}{V}）^{2}}$=1，V=7L，
故答案為：7；
（5）A．丙為甲醇的分解是氣體體積增大的反應，所以丙恒溫恒壓，體積變大，甲恒溫恒容，體積不變，所以，V_甲＜V_丙，故A錯誤；
B．合成甲醇是放熱反應，其逆反應甲醇分解就是吸熱的，乙絕熱容器，丙恒溫，所以乙反應后比丙溫度低，向吸熱方向進行的程度小，平衡時乙中甲醇濃度比丙高，CO和氫氣濃度比丙低，K_乙＞K_丙，故B正確；
C．條件相同時，甲與乙是等效平衡．甲與乙容器體積相同，乙分解甲醇吸熱導致乙比甲溫度低，平衡向合成甲醇方向移動，平衡時甲醇濃度乙大于甲，即c_乙＞c_甲，故C正確；
D．甲與丙起始溫度和起始體積相同，恒溫條件下反應，丙在恒壓條件下分解甲醇生成氫氣和CO，平衡時體積比反應前大，即平衡時丙體積大于甲，則壓強甲大于丙，所以υ_甲＞υ_丙，故D錯誤．
故答案為：BC．

點評 本題考查較為綜合，為高考常見題型，側重于學生的分析能力和計算能力的考查，主要考查學生對表格數據的分析利用能力和利用勒夏特列原理分析平衡移動的思維，題目有一定難度．