Question

甲醇是一种重要的可再生能源。已知：①2CH₄(g)+O₂(g)=2CO(g)+4H₂(g)△H=akJ/mol，②CO(g)+2H₂(g)=CH₃OH(g)  △H=bkJ/mol。

(1)写出由CH₄和O₂制取CH₃OH(g)的热化学方程式：__________________。

(2)在80℃时，将0.4mol的四氧化二氮气体充入2L已抽空的固定容积的密闭容器中，隔一段时间对该容器内的物质进行分析，得到如下数据：

时间(s)	0	20	40	60	80	100
c(N2O4)	0.20	a	0.10	c	d	e
c(NO2)	0.00	0.12	b	0.22	0.22	0.22

反应进行至100s后将反应混合物的温度降低，发现气体的颜色变浅。该反应的化学方程式为N₂O₄2NO₂。

①0~20s内N₂O₄的平均反应速率为______________。

②该反应的平衡常数表达式K=______________，在80℃时该反应的平衡常数K值为____(保留2位小数)。

③下列说法正确的是_____________。

A．温度越高，K值越大，N₂O₄的转化率越高

B．加压，平衡逆向移动，气体颜色变浅

C．增大N₂O₄的浓度，新平衡建立过程中正反应速率不断加快

D．起始条件相同，将等最的N₂O₄分别在A、B两个相同的容器中反应建立平衡，A保持恒温、恒容；B保持恒温、恒压，达到平衡后，A中的N₂O₄平衡转化率小于B

④写出恒温恒容下，能判断该反应达到平衡状态的依据_____________、_____________。(写出2条即可)

Answer

2CH4(g)+O2(g)=2CH3OH(g) △H=(a+2b)kJ/mol 0.003mol/(L·s) 0.54mol/L AD 混合气体的平均摩尔质量不变 混合气的颜色不再变化；压强不再变化(其他答案合理均得分)

【解析】

(1)已知：①2CH4(g)+O2(g)=2CO(g)+4H2(g) △H=akJ/mol，②CO(g)+2H2(g)=CH3OH(g) △H=bkJ/mol。盖斯定律计算①+②×2得到由CH4和O2制取CH3OH(g)的热化学方程式：2CH4(g)+O2(g)=2CH3OH(g)△H=(a+2b)kJ/mol；

(2)①0~20s内

N2O4的平均反应速率为v(N2O4)= =0.003mol/(L·s)；

②该反应的平衡常数表达式K=；在80℃时，反应60s达到平衡状态，平衡浓度c(NO2)=0.22mol·L－1，c(N2O4)=0.09mol·L－1，该反应的平衡常数K值为==0.54 (保留2位小数)；

③A．正反应为吸热反应，温度越高，平衡正移，K值增大，N2O4的转化率越高，故A正确；

B．加压，平衡逆向移动，容器体积减小，NO2浓度增大，气体颜色变深，故B错误；

C．增大N2O4的浓度，随着反应进行，N2O4的浓度逐渐减小，正反应速率不断降低，故C错误；

D．起始条件相同，将等最的N2O4分别在A、B两个相同的容器中反应建立平衡，A保持恒温、恒容；B保持恒温、恒压，达到平衡后，则平衡相对于容器A正向移动，A中的N2O4平衡转化率小于B，故D正确；

故答案为：AD；

④恒温恒容下，容器体积不变，气体质量不变，但气体物质的量改变，气体平均相对分子质量为变化值，压强为变化值，则达到平衡时，平均相对分子质量不变，压强不再变化，混合气体颜色不再变化，能判断该反应达到平衡状态的依据混合气体的平均摩尔质量不变、混合气的颜色不再变化；压强不再变化(其他答案合理均得分)。