Question

7．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=$\frac{4}{3}$．
（3）恒容條件下，達到平衡后，下列措施中能使$\frac{n（C{H}_{3}OH）}{n（CO）}$增大的有C．
A．升高溫度     B．充入He氣    C．再沖入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，則平衡時混合氣體的平均摩爾質量=25.6g/mol．
（5）工業上用水煤氣來合成有機燃料，例如：CO（g）+2H₂（g）$\stackrel{一定條件}{?}$CH₃OH（g）△H=-91kJ/mol某同學在不同實驗條件下模擬化工生產進行實驗，H₂濃度隨時間變化如圖2：
①實驗I比實驗II達到平衡所用的時間長．（填“長”“短”或“相等”）
②實驗III比實驗I的溫度要高，其它條件相同，請在圖2中畫出實驗I和實驗III中H₂濃度隨時間變化的示意圖．

Answer 1

分析 （1）該反應為氣體體積減小的反應，所以該反應△S＜0，△H-T△S＜0反應自發進行；
（2）由圖可知，10min到達平衡，平衡時CO濃度為0.25mol/L，則△c（CO）=（1.00-0.25）mol/L=0.75mol/L，則平衡時c（CH₃OH）=△c（CO）=0.75mol/L，平衡時c（H₂）=3mol/L-2△c（CO）=1.5mol/L，
根據v=$\frac{△c}{△t}$計算v（CO），平衡常數K=$\frac{c（C{H}_{3}OH）}{c（CO）×{c}^{2}（{H}_{2}）}$；
（3）使平衡體系中$\frac{n（C{H}_{3}OH）}{n（CO）}$增大，可以使平衡正向移動，注意不能增大CO或降低甲醇的量，也可能增大甲醇的量，使平衡逆向移動；
（4）同溫同壓下，氣體的密度之比等于摩爾質量之比；
（5）①與實驗Ⅰ比較，實驗Ⅱ達到平衡時間長；
②正反應放熱，升高溫度平衡向逆反應方向移動，氨氣的轉化率減小．

解答 解：（1）該反應為氣體體積減小的反應，所以該反應△S＜0，△H-T△S＜0反應自發進行，所以△H＜0，故選：C；
（2）由圖可知，10min到達平衡，平衡時CO濃度為0.25mol/L，則△c（CO）=（1.00-0.25）mol/L=0.75mol/L，則平衡時c（CH₃OH）=△c（CO）=0.75mol/L，平衡時c（H₂）=3mol/L-2△c（CO）=1.5mol/L，則：v（CO）=$\frac{0.75mol/L}{10min}$=0.075mol/（L．min），平衡常數K=$\frac{c（C{H}_{3}OH）}{c（CO）×{c}^{2}（{H}_{2}）}$=$\frac{0.75}{0.25×1．{5}^{2}}$=$\frac{4}{3}$，
故答案為：0.075mol/（L．min）；$\frac{4}{3}$；
（3）A．正反應為放熱反應，升高溫度平衡逆向移動，$\frac{n（C{H}_{3}OH）}{n（CO）}$減小，故A錯誤；
B．充入He氣體，恒溫恒容下，各物質濃度不變，平衡不移動，則$\frac{n（C{H}_{3}OH）}{n（CO）}$不變，故B錯誤；
C．再沖入1molCO和3molH₂，等效為增大壓強，平衡正向移動，$\frac{n（C{H}_{3}OH）}{n（CO）}$增大，故C正確；
D．使用催化劑可以加快反應速率，不影響平衡移動，$\frac{n（C{H}_{3}OH）}{n（CO）}$不變，故D錯誤，
故選：C；
（4）開始通入1molCO、2molH₂和1molCH₃OH，平均摩爾質量=$\frac{1×28+2×2+1×32}{1+2+1}$g/mol=16g/mol，同溫同壓下，氣體的密度之比等于摩爾質量之比，故平衡時混合氣體的平均摩爾質量=1.6×16g/mol=25.6g/mol，
故答案為：25.6；
（5）①與實驗Ⅰ比較，實驗Ⅱ達到平衡時間長，故答案為：長；
②正反應放熱，升高溫度反應速率加快，平衡向逆反應方向移動，氫氣的平濃度增大，圖象，故答案為：．

點評 本題考查較為綜合，涉及反應速率的計算、平衡常數、化學反應速率的影響因素、化學平衡問題，側重于學生的分析能力和計算能力的考查，為高頻考點，注意把握化學平衡常數的應用以及平衡移動的影響因素，難度中等．