分析:(1)根据H
2和CO的燃烧热,然后设出H
2的物质的量,利用方程式组来解;写出甲醇的燃烧的化学方程式,根据盖斯定律来解题;
(2)①根据化学平衡常数为生成物的浓度幂之积除以反应物的浓度幂之积,列出平衡常数的表达式;根据盖斯定律得出反应的热效应,进而判断温度升高该反应的平衡常数的变化;
②反应到达平衡状态时,正逆反应速率相等,平衡时各物质的浓度、百分含量不变,可以及由此衍生的一些量也不发生变化,由此进行判断,解题时要注意,选择判断的物理量,随着反应的进行发生变化,当该物理量由变化到定值时,说明可逆反应到达平衡状态;
③根据化学平衡的三段法计算平衡时各物质的物质的量,再利用反应前后气体的物质的量之比等于压强之比来解答;
④将容器的容积压缩到原来的
,压强增大,反应速率增大,平衡向正反应方向移动,以此判断;
⑤根据浓度商Qc和平衡常数K的大小比较来分析.
解答:
解:(1)设混合气中H
2的物质的量为x,则CO的物质的量为5mol-x,根据题意,列方程为:285.8kJ/mol×x+283.0kJ?mol
-1×(5mol-x)=1417.8kJ,解得 x=1 mol,则CO的物质的量为5mol-1mol=4mol,所以混合气体中H
2与CO的体积比即物质的量之比为1:4,
根据CH
3OH(l)的燃烧热△H为-726.5kJ?mol
-1可知:
2CH
3OH(l)+3O
2(g)=2CO
2(g)+4H
2O(l)△H=-1453KJ/mol ①
又知:H
2O(l)═H
2O(g)△H=+44.0kJ?mol
-1②
根据盖斯定律,将①+②×4可得:
2CH
3OH(l)+3O
2(g)=2CO
2(g)+4H
2O(g)△H=(-1453KJ/mol )+(+44.0kJ?mol
-1)×4=-1277KJ/mol
故答案为:1:4;2CH
3OH(l)+3O
2(g)=2CO
2(g)+4H
2O(g)△H=-1277KJ/mol;
(2)①化学平衡常数为生成物的浓度幂之积除以反应物的浓度幂之积,反应物的生成物都是气体,故平衡常数表达式为K=
,
根据H
2(g)、CO(g)和CH
3OH(l)的燃烧热△H分别为-285.8kJ?mol
-1、-283.0kJ?mol
-1和-726.5kJ?mol
-1,可知:
H
2(g)+
O
2(g)=H
2O(l)△H=-285.8kJ?mol
-1 ①
CO(g)+
O
2(g)=CO
2(g)△H=-283.0kJ?mol
-1②
CH
3OH(l)+
O
2(g)=CO
2(g)+2H
2O(l)△H=-726.5KJ/mol ③
根据盖斯定律可知:将①×2+②-③可得:
CO(g)+2H
2(g)?CH
3OH(g)△H=(-285.8kJ?mol
-1 )×2+(-283.0kJ?mol
-1)-(-726.5KJ/mol)=-128.1KJ/mol,可知反应放热,故当
温度升高时该反应的平衡逆向移动,故平衡常数K的值会减小,
故答案为:
;减小;
②A、v
生成(CH
3OH)=v
消耗(CO),都表示正反应速率,始终按此比例进行,不能说明反应到达平衡,故A错误;
B、混合气体的总质量不变,容器的容积不变,混合气体的密度始终不变,故混合气体的密度不再改变,不能说明到达平衡,故B错误;
C、根据混合气体的平均相对分子质量=
,而混合气体的总质量不变,平衡之前,混合气体的总物质的量在改变,故平衡之前混合气体的平均相对分子质量在改变,一旦不变了,说明反应达到平衡,故C正确;
D.平衡时各组分的浓度不变,CO、H
2、CH
3OH的浓度不再改变,但不一定相等,故D错误;
E、随着反应的进行,平衡之前,容器内混合气体的总的物质的量减小,故压强逐渐降低,当容器内气体的压强保持不变时,即说明反应到达平衡,故E正确.
故选CE;
③由化学平衡的三段模式法:将1molCO和3molH
2充入一密闭恒容容器中,充分反应达到平衡后,当CO的转化率为25%时,CO反应掉0.25mol.
CO(g)+2H
2(g)?CH
3OH(g)
初始:1mol 3mol 0mol
△n:0.25mol 0.5mol 0.25mol
平衡:0.75mol 2.5mol 0.25mol
平衡时容器内的压强与起始压强之比=气体的物质的量之比=
| 0.75mol + 2.5mol + 0.25mol |
| 1mol + 3mol |
=7:8,
故答案为:7:8;
④将容器的容积压缩到原来的
,压强增大,正逆反应速率都增大,平衡向正反应方向移动,CH
3OH的物质的量增加,氢气的物质的量减少,但浓度增大,甲醇的物质的量增多,故有
减小,故选CD,故答案为:CD;
⑤根据某一时刻测得c(CO)=2.0mol?L
-1,c(H
2)=1.0mol?L
-1,c(CH
3OH)=4.0×10
-4 mol?L
-1,可知此时的浓度商Qc=
=
| 4.0×10-4mol?L-1 |
| (2.0mol?L-1)×(1.0mol?L-1)2 |
=2.0×10
-4mol/L<2.4×10
-4 ,可知此时反应未达平衡,而且平衡向右移,故v
正>v
逆,故答案为:否;>.