Question

14．實現“節(jié)能減排”和“低碳經濟”的一項重要課題就是如何將CO₂轉化為可利用的資源．目前工業(yè)上有一種方法是用CO₂來生產燃料甲醇．一定條件下發(fā)生反應：CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g），圖1表示該反應過程中能量變化：

（1）關于該反應的下列說法中，正確的是C（填字母）．
A．△H＞0，△S＞0          B．△H＞0，△S＜0
C．△H＜0，△S＜0          D．△H＜0，△S＞0
（2）為探究反應原理，現進行如下實驗，在體積為l L的密閉容器中，充入l mol CO₂和4mol H₂，一定條件下發(fā)生反應：CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g），測得CO₂和CH₃O（g）的濃度隨時間變化如圖2所示．
①從反應開始到平衡，CO₂的平均反應速率v（CO₂）=0.075 mol/（L．min）
②該反應的平衡常數表達式K=$\frac{c（C{H}_{3}OH）c（{H}_{2}O）}{c（CO）{c}^{3}（{H}_{2}）}$
③下列措施中能使化學平衡向正反應方向移動的是B（填字母）
A．升高溫度  B．將CH₃OH（g）及時液化抽出  C．選擇高效催化劑
（3）25℃，1.0110⁵Pa時，16g 液態(tài)甲醇完全燃燒，當恢復到原狀態(tài)時，放出363.3kJ的熱量，寫出該反應的熱化學方程式：CH₃OH（l）+$\frac{3}{2}$O₂（g）=CO₂（g）+2H₂O（l）△H=-726.6 kJ•mol^-1．

Answer 1

分析 （1）依據反應和圖象分析判斷：CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g），反應是熵減少的反應△S＜0；反應物能量高于生成物的能量，判斷反應是放熱反應，△H＜0；
（2）在體積為l L的密閉容器中，充入l mol CO₂和4mol H₂，一定條件下發(fā)生反應：CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g），測得CO₂和CH₃OH（g）的濃度隨時間變化如圖2所示．二氧化碳是反應物隨反應進行濃度減小，甲醇是生成物，隨反應進行濃度增大；10nim內達到平衡，生成甲醇濃度為0.75mol/L，二氧化碳濃度變化了0.75mol/L；
①依據化學平衡三段式列式計算判斷；
②依據化學平衡常數的概念書寫平衡常數計算式；
③依據化學反應的影響因素和條件逐項分析判斷；
A、反應是放熱反應，升溫平衡逆向進行；
B、將CH₃OH（g）及時液化抽出，減小生成物的量平衡正向進行；
C、選擇高效催化劑只能改變速率，不改變化學平衡；
（3）25℃，1.01×10⁵Pa時，16g 液態(tài)甲醇完全燃燒，當恢復到原狀態(tài)時，放出363.3kJ的熱量，依據書寫熱化學方程式的方法寫出該反應的熱化學方程式為：CH₃OH（l）+$\frac{3}{2}$O₂（g）=CO₂（g）+2H₂O（l）△H=-726.6 kJ•mol^-1．

解答 解：（1）依據反應和圖象分析判斷：CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g），反應是熵減少的反應△S＜0；反應物能量高于生成物的能量，判斷反應是放熱反應，△H＜0，
故答案為：C；
（2）在體積為l L的密閉容器中，充入l mol CO₂和4mol H₂，一定條件下發(fā)生反應：CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g），測得CO₂和CH₃OH（g）的濃度隨時間變化如圖2所示．二氧化碳是反應物隨反應進行濃度減小，甲醇是生成物，隨反應進行濃度增大；10nim內達到平衡，生成甲醇濃度為0.75mol/L，二氧化碳濃度變化了0.75mol/L；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/L） 1        4        0           0
變化量（mol/L） 0.75     2.25     0.75      0.75
平衡量（mol/L） 0.25     1.75     0.75      0.75
CO₂的平均反應速率v（CO₂）=$\frac{0.75mol/L}{10min}$=0.075mol•L^-1•min^-1 ；故答案為：0.075 mol•L^-1•min^-1；
②該反應的平衡常數表達式K=$\frac{c（C{H}_{3}OH）c（{H}_{2}O）}{c（CO）{c}^{3}（{H}_{2}）}$，故答案為：$\frac{c（C{H}_{3}OH）c（{H}_{2}O）}{c（CO）{c}^{3}（{H}_{2}）}$；
③措施中能使化學平衡向正反應方向移動的是：
A、反應是放熱反應，升溫平衡逆向進行；故A錯誤；
B、將CH₃OH（g）及時液化抽出，減小生成物的量，平衡正向進行，故B正確；
C、選擇高效催化劑只能改變速率，不改變化學平衡，故C錯誤；
故選B；
（3）25℃，1.01×10⁵Pa時，16g 液態(tài)甲醇物質的量為0.5mol，完全燃燒，當恢復到原狀態(tài)時，放出363.3kJ的熱量，依據書寫熱化學方程式的方法寫出該反應的熱化學方程式為：CH₃OH（l）+$\frac{3}{2}$O₂（g）=CO₂（g）+2H₂O（l）△H=-726.6 kJ•mol^-1；
故答案為：CH₃OH（l）+$\frac{3}{2}$O₂（g）=CO₂（g）+2H₂O（l）△H=-726.6 kJ•mol^-1．

點評 本題考查了反應的焓變判斷，熱化學方程式的書寫原則，電極反應和電池反應的分析書寫，化學平衡的影響因素判斷平衡移動方向，化學平衡的計算的應用，圖象分析是關鍵．綜合性較大，難度中等．