Question

15．甲醇是一種重要的可再生能源．
（1）已知2CH₄（g）+O₂（g）=2CO（g）+4H₂（g）△H=a kJ/mol
CO（g）+2H₂（g）=CH₃OH（g）△H=b kJ/mol
試寫出由CH₄和O₂制取甲醇的熱化學方程式：2CH₄（g）+O₂（g）=2CH₃OH（g）△H=（a+2b）kJ/mol．
（2）還可以通過下列反應制備甲醇：CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）．
甲圖是反應時CO和CH₃OH（g）的濃度隨時間的變化情況．從反應開始到達平衡，用H₂表示平均反應速率υ（H₂）=_{0.15mol/（L•min）}．

（3）在一容積可變的密閉容器中充入10mol CO和20mol H₂，CO的平衡轉化率隨溫度（T）、壓強（P）的變化如乙圖所示．
①下列說法能夠判斷該反應達到化學平衡狀態的是BCD．
A．H₂的消耗速率等于CH₃OH的生成速率的2倍
B．H₂的體積分數不再改變
C．體系中混合氣體的密度不再改變
D．體系中氣體的平均摩爾質量不再改變
②A、B、C三點化學反應速率由大到小順序是υ（C）＞υ（B）＞υ（A）．
（4）CO在不同溫度下的平衡轉化率與壓強的關系如圖丙所示．該反應的逆反應△H＜0（填“＞”或“＜”）．實際生產條件控制在250℃、1.3×10⁴kPa左右，選擇此壓強的理由是在1.3×10⁴kPa下，CO的轉化率已經很高，如果增加壓強CO的轉化率提高不大，而生產成本增加，經濟效益低．

Answer 1

分析 （1）利用蓋斯定律，1式加2式的二倍即可得到該方程式及焓變；
（2）根據反應速率v=$\frac{△c}{△t}$，結合物質表示的反應速率之比等于物質前邊的系數之比來計算；
（3）①平衡標志是正逆反應速率相同，各成分濃度保持不變分析判斷選項；
②正反應方向為氣體體積減小的方向，T₁℃時比較CO的轉化率，轉化率越大，則壓強越大；
（4）從橫坐標上一點，畫一條平行于縱坐標的虛線，看相同壓強下不同溫度時CO的平衡轉化率，溫度越低轉化率越低，說明，升溫時平衡向逆向移動．

解答 解：（1）已知①2CH₄（g）+O₂（g）=2CO（g）+4H₂（g）△H=a KJ/mol
②CO（g）+2H₂（g）=CH₃OH（g）△H=b KJ/mol，①+②×2可得到2CH₄（g）+O₂（g）=2CH₃OH（g）△H=（a+2b）kJ/mol，故答案為：2CH₄（g）+O₂（g）=2CH₃OH（g）△H=（a+2b）kJ/mol；
（2）用甲醇表示的反應速率v=$\frac{0.75mol/L}{10min}$=0.075mol/（L•min），氫氣表示的反應速率是甲醇的2倍，即0.15mol/（L•min），故答案為：0.15mol/（L•min）；
（3）①A．H₂的消耗速率等于CH₃OH的生成速率的2倍，不能說明正逆反應速率相等，不一定平衡，故A錯誤；
B．H₂的體積分數不再改變是化學平衡的特征，達到了平衡，故B正確；
C．體系中混合氣體的密度不再改變，說明氣體的物質的量不變反應達平衡狀態，故C正確；
D．體系中氣體的平均摩爾質量等于質量和物質的量的比值，物質的量變化，質量不變，所以當體系中氣體的平均摩爾質量不再改變，證明達到了平衡，故D正確．
故選BCD；
②正反應方向為氣體體積減小的方向，T₁℃時比較CO的轉化率，轉化率越大，則壓強越大，圖象中P_B轉化率大于P_A，可知P_A＜P_B，溫度越高反應速率越快，壓強越大反應速率越快，所以υ（C）＞υ（B）＞υ（A），故答案為：υ（C）＞υ（B）＞υ（A）；
（4）從橫坐標上一點0.5處，畫一條平行于縱坐標的虛線，看相同壓強下不同溫度時CO的平衡轉化率，溫度越高轉化率越低，說明，升溫時平衡向逆向移動．
第二問：實際生產條件控制在250℃、1.3×10⁴kPa左右，選擇此壓強的理由是工業生產要考慮速經濟效益，要考慮速度和效率，壓強越大需要的條件越高，花費越大．
故答案為：＜；在1.3×10⁴kPa下，CO的轉化率已經很高，如果增加壓強CO的轉化率提高不大，而生產成本增加，經濟效益低．

點評 本題考查了學生的識圖能力，學會定一議二法分析圖象得方法，這是學生必備的能力，題目難度中等．