Question

13．能源短缺是人類面臨的重大問題．甲醇是一種可再生能源．具有廣泛的開發(fā)和應(yīng)用前景．因此甲醇被稱為21世紀(jì)的新型燃料．
Ⅰ、已知在常溫常壓下：①H₂O（I）═H₂O（g）△H=+44.0kJ．mol^-1
②2CH₃OH（I）十3O₂（g）═2CO₂（g）+4H₂O（g）△H=-1275.6kJ•mol^-1
寫出表示甲醇燃燒熱的熱化學(xué)方程式CH₃OH（g）+$\frac{3}{2}$O₂（g）=CO₂（g）+2H₂O（l）△H=-725.8kJ/mol．
Ⅱ、工業(yè)上一般采用下列兩種反應(yīng)合成甲醇：
反應(yīng)A：CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）△H₁
反應(yīng)B：CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）△H₂
在體積為2L的合成塔中，充人2mol CO₂和6mol H₂，測(cè)得CO₂（g）和CH₃OH（g）的濃度隨時(shí)間變化及甲醇的物質(zhì)的量隨時(shí)間、溫度變化如圖所示．（T₁、T₂均大于300℃）

（1）則上述CO₂轉(zhuǎn)化為甲醇的反應(yīng)的△H₁＜0（填“＞”“＜”或“=”）．
（2）從反應(yīng)開始到平衡（10min），用H₂表示 的反應(yīng)速率為0.24 mol•L^-1•min^-1；
（3）下列說法正確的是BD．
A．若保持恒溫，當(dāng)容器中n（CH₃OH）：n（H₂O）為1：1時(shí)，該反應(yīng)已達(dá)平衡狀態(tài)
B．若保持恒溫，當(dāng)容器內(nèi)氣體壓強(qiáng)恒定時(shí)，該反應(yīng)已達(dá)平衡狀態(tài)
C．若其他條件不變，則平衡常數(shù)：K（T₁）＜K （T₂）
D．處于A點(diǎn)的反應(yīng)體系的溫度從T₁變到T₂，達(dá)到平衡時(shí)$\frac{n（H2）}{n（CH3OH）}$增大
（4）對(duì)于反應(yīng)A，若容器容積不變，下列措施可增加甲醇產(chǎn)率的是AD．
A．增加CO₂的量                   B．升高溫度
C．充入He，使體系總壓強(qiáng)增大      D．按原比例再充入CO₂和H₂
（5）某溫度下，將4mol CO和12mol H₂，充入2L的密閉容器中，充分反應(yīng)，達(dá)到平衡后，測(cè)得c（CO）=0.5mol•L^-1，則該溫度下該反應(yīng)的平衡常數(shù)為0.33．
（6）在T₁溫度時(shí)，將1mol CO₂和3mol H₂充入一密閉恒容容器中，充分反應(yīng)達(dá)到平衡后，若CO₂的轉(zhuǎn)化率為A，則容器內(nèi)的壓強(qiáng)與起始?jí)簭?qiáng)之比為1-0.5A．

Answer 1

分析 Ⅰ：依據(jù)熱化學(xué)方程式和蓋斯定律計(jì)算得到，燃燒熱是1mol物質(zhì)完全燃燒生成穩(wěn)定氧化物放出的熱量表示熱化學(xué)方程式；
Ⅱ、（1）由圖T₂＞T₁，而溫度越高甲醇的量越少，說明平衡逆向移動(dòng)，所以逆反應(yīng)是吸熱反應(yīng)；
（2）根據(jù)反應(yīng)速率v=$\frac{△c}{△t}$計(jì)算v（CO₂），再根據(jù)速率之比等于化學(xué)計(jì)量數(shù)之比計(jì)算v（H₂）；
（3）A、無(wú)論反應(yīng)是否達(dá)到平衡狀態(tài)，n（CH₃OH）：n（H₂O）為1：1；
B、當(dāng)反應(yīng)前后改變的物理量不變時(shí)，該反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)；
C、根據(jù)“先拐先平數(shù)值大”判斷；
D、升高溫度平衡逆向移動(dòng)，達(dá)到平衡時(shí)$\frac{n（H2）}{n（CH3OH）}$增大；
（4）化學(xué)平衡正向移動(dòng)可增加甲醇產(chǎn)率，由此分析各項(xiàng)；
（5）根據(jù)三行式求平衡時(shí)各組分的濃度，然后代入表達(dá)式計(jì)算；
（6）根據(jù)CO₂的轉(zhuǎn)化率求得平衡時(shí)各物質(zhì)的物質(zhì)的量，壓強(qiáng)之比等于物質(zhì)的量之比，從而求得結(jié)論．

解答 解：Ⅰ：①H₂O（l）═H₂O（g）△H=+44.0kJ．mol^-1
②2CH₃OH（l）+3O₂（g）═2CO₂（g）+4H₂O（g）△H=-1275.6kJ•mol^-1
依據(jù)蓋斯定律②+①×2得到2CH₃OH（g）+3 O₂（g）=2CO₂（g）+4H₂O（l）△H=-1451.6kJ/mol
CH₃OH（g）+$\frac{3}{2}$ O₂（g）=CO₂（g）+2H₂O（l）△H=-725.8kJ/mol，
故答案為：CH₃OH（g）+$\frac{3}{2}$O₂（g）=CO₂（g）+2H₂O（l）△H=-725.8kJ/mol；
Ⅱ、（1）由圖T₂＞T₁，而溫度越高甲醇的量越少，說明平衡逆向移動(dòng)，所以逆反應(yīng)是吸熱反應(yīng)，正反應(yīng)是放熱反應(yīng)，所以△H₁＜0，故答案為：＜；
（2）從反應(yīng)開始到平衡，v（CO₂）=$\frac{1mol/L-0.2mol/L}{10min}$=0.08mol•L^-1•min^-1，速率之比等于化學(xué)計(jì)量數(shù)之比，故v（H₂）=3×0.08mol•L^-1•min^-1=0.24 mol•L^-1•min^-1，故答案為：0.24 mol•L^-1•min^-1；
（3）A、若保持恒溫，無(wú)論該反應(yīng)是否達(dá)到平衡狀態(tài)，容器中n（CH₃OH）：n（H₂O）始終為1：1，所以不能據(jù)此判斷平衡狀態(tài)，故錯(cuò)誤；
B、該反應(yīng)是反應(yīng)氣體體積減小的反應(yīng)，若保持恒溫，當(dāng)容器內(nèi)氣體壓強(qiáng)恒定時(shí)，該反應(yīng)已達(dá)平衡狀態(tài)，故正確；
C、根據(jù)“先拐先平數(shù)值大”知T₁＜T₂，升高溫度，甲醇的物質(zhì)的量減小，則平衡向逆反應(yīng)發(fā)現(xiàn)移動(dòng)，所以平衡常數(shù)：K（T₁）＞K （T₂），故錯(cuò)誤；
D、升高溫度平衡逆向移動(dòng)，達(dá)到平衡時(shí)$\frac{n（H2）}{n（CH3OH）}$增大，故正確；
故選BD；
（4）A．增加CO₂的量，平衡正向移動(dòng)，甲醇產(chǎn)率增加，故正確；                   
B．正反應(yīng)是放熱反應(yīng)，升高溫度，平衡逆向移動(dòng)，甲醇產(chǎn)率減小，故錯(cuò)誤；
C．充入He，使體系總壓強(qiáng)增大，各組分濃度不變，平衡不移動(dòng)，甲醇產(chǎn)率不變，故錯(cuò)誤；
D．按原比例再充入CO₂和H₂，相當(dāng)于增大壓強(qiáng)，平衡正向移動(dòng)，甲醇產(chǎn)率增加，故正確；故選AD；
（5）CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）
初起：2mol/L     6mol/L       0
變化：1.5mol•L^-13mol•L^-1 1.5mol•L^-1
平衡：0.5mol•L^-1 3mol•L^-11.5mol•L^-1
所以K=$\frac{1.5}{0.5×{3}^{2}}$=0.33，
故答案為：0.33；     
（6）由化學(xué)平衡的三段模式法計(jì)算可知，
       CO₂ （g）+3H₂（g）=CH₃OH（g）+H₂O（g）
起始    1        3          0          0
變化    A        3A         A          A
平衡    1-A      3-3A       A          A
根據(jù)相同條件下氣體的壓強(qiáng)之比等于物質(zhì)的量之比，
則容器內(nèi)的壓強(qiáng)與起始?jí)簭?qiáng)之比為=（1-A+3-3A+A+A）：（1+3）=（2-A）：2=1-0.5A，故答案為：1-0.5A．

點(diǎn)評(píng) 本題是一道關(guān)于化學(xué)平衡狀態(tài)的判斷、化學(xué)平衡的移動(dòng)影響因素，平衡狀態(tài)的判斷方法，要求學(xué)生具有分析和解決問題的能力，難度中等．