Question

【題目】H2、CO、CH4、CH3OH等都是重要的能源，也是重要為化工原料。

（1）已知25℃，1.01×105Pa時，8.0g CH4完全燃燒生成二氧化碳氣體和液態水放出444.8kJ熱量。寫出該反應的熱化學反應方程式：___________________________________________。

（2）為倡導“節能減排”和“低碳經濟”，降低大氣中CO2的含量及有效地開發利用CO2，工業上可以用CO2來生產燃料甲醇。在體積為2L的密閉容器中，充入lmol CO2和3mol H2，一定條件下發生反應：CO2(g) + 3H2(g) CH3OH(g) + H2O(g)。經測得CO2和CH3OH(g)的物質的量隨時間變化如圖所示。

①從反應開始到平衡，CO2的平均反應速率v(CO2)=___________________。

②達到平衡時，H2的轉化率為__________。

③該反應的平衡常數K=___________________（表達式）。

④下列措施不能提高反應速率的是__________。

A.升高溫度 B.加入催化劑 C.增大壓強 D.及時分離出CH3OH

（3）工業上也用CO和H2為原料制備CH3OH，反應方程式為：CO(g) + 2H2(g)CH3OH(g)，在一體積固定的密閉容器中投入一定量的CO和H2氣體進行上述反應。下列敘述中能說明上述反應達到平衡狀態的是______。

A.反應中CO與CH3OH的物質的量之比為1:1

B.混合氣體的壓強不隨時間的變化而變化

C.單位時間內每消耗1 mol CO，同時生成1 mol CH3OH

D.CH3OH的質量分數在混合氣體中保持不變

E.混合氣體的密度保持不變

Answer 1

【答案】 CH4(g) + 2O2(g) = CO2(g) + H2O(l) △H=－889.6 kJ/mol 0.0375mol/(L·min) 75﹪ c(CH3OH)·c(H2O)/c(CO2)·c3(H2) D BD

【解析】（1）根據n=m/M計算出8.0g甲烷的物質的量，然后可計算出1mol甲烷完全燃燒生成液態水放出的熱量，最后利用熱化學方程式的書寫原則寫出甲烷燃燒的熱化學方程式．（2）①根據速率v=△C/△t結合三行式進行計算；②達到平衡時，H2的轉化率=反應的氫氣的物質的量/氫氣的總量③化學反應的平衡常數K=各個生成物平衡濃度系數次方的乘積和各個反應物平衡濃度系數次方乘積的比值。④根據外界條件對反應速率的影響因素來分析。（3）化學平衡狀態的特征：等，即V正=V逆，定，即達到平衡后反應物、生成物物質的量，質量，濃度，百分含量等保持不變據此判斷解答；

（1）8.0g CH4的物質的量為：8.0g/16g·mol－1=0.5mol，0.5molCH4完全燃燒生成液態水放出444.8kJ熱量，則1mol CH4完全燃燒生成液態水放出的熱量為：444.8kJ×1mol/0.5mol=889.6kJ，則甲烷燃燒的熱化學方程式為：CH4（g）+2O2（g）=CO2（g）+2H2O（l）△H=-889.6 kJ·mol－1。（2）在體積為2L的密閉容器中，充入lmol CO2和3mol H2，一定條件下發生反應：CO2(g) + 3H2(g) CH3OH(g) + H2O(g)。經測得CO2和CH3OH(g)的物質的量隨時間變化如圖所示。二氧化碳是反應物隨反應進行物質的量減小，甲醇是生成物，隨反應進行物質的量增大；10nim內達到平衡，生成甲醇物質的量為0.75mol，二氧化碳物質的量變化了0.75mol；則①依據化學平衡列式計算為：

CO2(g) + 3H2(g) CH3OH(g) + H2O(g)

起始量（mol） 1 3 0 0

變化量（mol） 0.75 2.25 0.75 0.75

平衡量（mol） 0.25 0.75 0.75 0.75

CO2的平均反應速率v（CO2）=0.75mol·（2L）－1·10min-1

=0.0375mol/(L·min)；

①從反應開始到平衡，CO2的平均反應速率v(CO2)=0.0375mol/(L·min)。②達到平衡時，H2的轉化率為2.275mol/3mol×00%=75﹪。③該反應的平衡常數K=c(CH3OH)·c(H2O)/c(CO2)·c3(H2)（表達式）。④A.升高溫度加快反應速率，故A錯誤；B.加入催化劑加快反應速率，故B錯誤；C.增大壓強加快反應速率，故C錯誤；D.及時分離出CH3OH，濃度降低，減慢反應速率，故D正確；故選D。（3）A.反應中CO與CH3OH的物質的量之比為1:1，無法確定是否達到平衡狀態，不能作為判斷平衡的標志故A錯誤；B.該反應前后氣體體積不相等，則壓強不變說明達到平衡，故B正確；C.單位時間內每消耗1 mol CO是正速率，同時生成1 mol CH3OH也是正速率，所指的速率都是表示正反應速率，不能作為判斷平衡標志，故C錯誤；D.CH3OH的質量分數在混合氣體中保持不變，CH3OH組成一定，說明達到平衡，故D正確；E.反應物和產物都是氣體，則氣體總質量不變、容器體積不變，則密度始終不變，故E錯誤；故選BD。