Question

氢气是一种新型的绿色能源，又是一种重要的化工原料。

（1）氢气的燃烧热值高，H₂(g) ＋1/2 O₂ (g) = H₂O (g) ΔH = －241.8 kJ·mol^-1

化学键	H-H	O=O	O-H
键能(kJ·mol^-1)	X	496.4	463

请根据相关数据计算：H-H的键能X = ________kJ·mol^-1。

（2）根据现代工业技术可以用H₂和CO反应来生产燃料甲醇，其反应方程式如下：

CO₂ (g) ＋3H₂(g)H₂O(l) ＋ CH₃OH(g)  ΔH = －49.00 kJ·mol^-1

一定温度下，在体积为1 L的密闭容器中充入1.00 mol CO₂和3.00 mol H₂，测得CO₂和CH₃OH的浓度随时间变化如图所示。

①能说明该反应已达平衡状态的是________（填代号）。

A．CO₂在混合气体中的体积分数保持不变

B．单位时间内每消耗1.2 mol H₂，同时生成0.4 mol H₂O

C．反应中H₂O与CH₃OH的物质的量浓度比为1：1，且保持不变

②从反应开始到平衡时的平均反应速率v(H₂) = ________       ，达到平衡时氢气的转化率为________   。

③该温度下的平衡常数表达式为________           。

④下列的条件一定能加快反应速率并且提高H₂转化率的是________（填代号）。

A．降低反应温度                      B．分离出水

C．保持容器体积不变，充入稀有气体    D．保持容器体积不变，充入CO₂气体

Answer

(各2分，共12分）（1）436 ；

（2）① A ；② 0.225 mol/(L·min) ；75% ；③ c(CH3OH)/c(CO2)/c3(H2) ；④D。

【解析】

试题分析：（1）反应热就是断裂反应物的化学键吸收的能量与形成生成物的化学键释放的能量的差。根据热化学方程式的反应热及已知化学键的键能可知：X+1/2×496.4kJ/mol-2×463kJ/mol=-241.8 kJ/mol，解得X=4364kJ/mol；（2）①A．CO2在混合气体中的体积分数保持不变，说明CO2的物质的量不变，由于该反应是反应前后气体物质的量发生改变的反应，说明总物质的量不变，反应处于平衡状态，正确；B．根据方程式可知每有3molH2发生反应，就会同时产生1molH2O，在任何时刻二者的物质的量变化的比都是3:1，所以不能根据单位时间内每消耗1.2 mol H2，同时生成0.4 mol H2O判断反应是否处于平衡状态，错误；C．H2O与CH3OH都是生成物，二者的系数比是1:1，所以在任何时刻都存在H2O与CH3OH的物质的量浓度比为1：1，因此不能据此判断反应处于平衡状态，错误；②从反应开始到平衡时CH3OH的物质的量浓度改变0.75mol/L，用甲醇表示的反应速率是v(CH3OH)=0.75mol/L÷ 10min= 0.075 mol/(L·min) ，由于v(H2)：v(CH3OH)=3:1，所以用氢气的浓度变化表示反应速率的v(H2) =3 v(CH3OH)= 0.225 mol/(L·min)；从反应开始到平衡时，氢气的物质的量改变了0.225 mol/(L·min)×10min×1L=2.25mol,在反应开始时氢气的物质的量是3.0mol，所以达到平衡时氢气的转化率为(2.25mol÷3.0mol) ×100% =75% ；③化学平衡常数是可逆反应达到平衡状态时各生成物浓度幂之积与各反应物浓度幂之积的比，所以在该温度下的平衡常数表达式为；④A．降低反应温度，反应速率减小，错误；B．由于水是液体，其浓度不变，所以分离出水，不能影响反应速率，也不能使化学平衡发生移动，物质的转化率不变，错误；C．保持容器体积不变，充入稀有气体，由于反应体系的任何一种物质的浓度不变，所以反应速率不变，平衡不发生移动，物质的转化率不变，错误；D．保持容器体积不变，充入CO2气体，即增大了反应物的浓度，反应速率加快，根据平衡移动原理，增大反应物的浓度，化学平衡向正反应方向移动，因此可以提高氢气的平衡转化率，正确。

【考点定位】考查反应热与化学键的键能的关系、化学反应速率的计算、化学平衡状态的判断及外界条件对化学反应速率、化学平衡移动的影响的知识。

【名师点睛】化学反应的过程就是原子重新组合的过程，在这个过程中要断裂反应物中的化学键，需要吸收能量，同时形成生成物的化学键，又释放能量，因此无论反应是放热反应，还是吸热反应都需要有一个活化的过程。反应热就是断键吸热与成键放热的能量的差。温度、浓度、压强、催化剂等改变会使反应速率发生变化，但是不一定使化学平衡发生移动，也不一定使反应物的转化率发生改变。升高温度，化学反应速率加快，化学平衡向吸热反应方向移动，反应物的转化率发生改变；增大反应物的浓度，化学反应速率加快；增大反应物的浓度，化学平衡向正反应方向移动；若反应物有多种，则该反应物的转化率降低，可以使其它反应物的转化率增大；若反应物只有这一种物质，化学反应是气体体积减小的反应，平衡正向移动，该反应物的转化率增大；若反应是等体积的反应，则反应物的转化量增大，但是转化率不变；若反应是气体体积增大的反应，由于压强的影响大于浓度改变的影响，则反应物的转化量增大，该反应物的转化率反而降低；增大压强，若可以改变反应混合物的浓度，则会影响反应速率，其影响归根到底是通过影响物质的浓度影响反应速率和化学平衡的；使用催化剂，可以同等倍数的改变正反应、逆反应的反应速率；但是不能使化学平衡发生移动，因此物质的转化率不变。