Question

12．甲醇是重要的化工原料，又可做為燃料．利用合成氣（主要成分為CO、CO₂和H₂）在催化劑的作用下合成甲醇，發(fā)生的主反應如下：
ⅠCO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）△H₁
ⅡCO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）△H₂=-58kJ/mol
ⅢCO₂（g）+H₂（g）?CO（g）+H₂O（g）△H₃
回答下列問題：
（1）物質(zhì)的標準生成熱是常用的化學熱力學數(shù)據(jù)，可以用來計算化學反應熱．即化學反應熱：△H=生成物標準生成熱綜合-反應物標準生成熱總和．
已知四種物質(zhì)的標準生成熱如表：

物質(zhì)	CO	CO2	H2	CH3OH（g）
標準生成熱（kJ/mol）	-110.52	-393.51	0	-201.25

A．計算△H₁=-90.73kJ/mol
B．△H₃＞0（填=、＜、＞）
（2）由甲醇在一定條件下制備甲醚．一定溫度下，在三個體積均為1.0L的恒容密閉容器中發(fā)生反應：2CH₃OH（g）?CH₃OCH₃（g）+H₂O（g）．實驗數(shù)據(jù)見表：

容器編號	溫度（℃）	起始物質(zhì)的量（mol）			平衡物質(zhì)的量（mol）
		CH3OH（g）	CH3OCH3（g）	H2O（g）	CH3OCH3（g）	H2O（g）
a	387	0.20	0	0	0.080	0.080
b	387	0.40	0	0
c	207	0.20	0	0	0.090	0.090

下列說法正確的是AD
A．該反應的正反應為放熱反應
B．達到平衡時，容器a中的CH₃OH體積分數(shù)比容器b中的小
C．容器a中反應到達平衡所需時間比容器c中的長
D．若起始時向容器a中充入CH₃OH 0.15mol、CH₃OCH₃ 0.15mol和H₂O 0.10mol，則反應將向正反應方向進行
（3）合成氣的組成$\frac{n（{H}_{2}）}{n（CO+C{O}_{2}）}$=2.60時，體系中的CO平衡轉(zhuǎn)化率（α）與溫度和壓強的關系如圖所示．
①α（CO）值隨溫度升高而減�。ㄌ睢霸龃蟆被颉皽p小”），其原因是反應①正反應為放熱反應，升高溫度，平衡向逆反應方向移動，平衡體系中CO的量增大，反應③為吸熱反應，升高溫度，平衡向正反應方向移動，又使平衡體系中CO的增大，總結(jié)果，隨溫度升高，CO的轉(zhuǎn)化率減�。�
②圖中P₁、P₂、P₃的大小關系為P₁＞P₂＞P₃，其判斷理由是相同溫度下，反應③前后氣體分子數(shù)不變，壓強改變不影響其平衡移動，反應①正反應為氣體分子數(shù)減小的反應，增大壓強，有利于平衡向正反應方向移動，CO的轉(zhuǎn)化率增大，故增大壓強有利于CO的轉(zhuǎn)化率升高．
（4）甲醇可以制成燃料電池，與合成氣制成燃料電池相比優(yōu)點是：裝置簡單，減小了電池的體積；若以硫酸作為電解質(zhì)其負極反應為：CH₃OH-6e^-+H₂O=CO₂+6H⁺．

Answer 1

分析 （1）A．△H=生成物標準生成熱綜合-反應物標準生成熱總和，結(jié)合表格中數(shù)據(jù)計算；
B．由蓋斯定律可知Ⅱ-Ⅲ得到CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）△H₁；
（2）A．對比a、c可知，升高溫度CH₃OCH₃（g）的物質(zhì)的量減小，說明平衡逆向移動；
B．b等效為a中平衡基礎上壓強增大一倍，反應氣體體積不變，平衡不移動；
C．a(chǎn)中溫度高，反應速率快；
D．容器a中平衡時c（CH₃OCH₃）=c（H₂O）=$\frac{0.08mol}{1L}$=0.080mol/L，c（CH₃OH）=$\frac{0.2mol-0.08mol×2}{1L}$=0.04mol/L，比較K與Qc；
（3）①由圖可知，壓強一定時，隨溫度的升高，CO的轉(zhuǎn)化率減小，反應①正反應為放熱反應，升高溫度，平衡向逆反應方向移動；
②相同溫度下，反應③前后氣體分子數(shù)不變，壓強改變不影響其平衡移動，反應①正反應為氣體分子數(shù)減小的反應，增大壓強，有利于平衡向正反應方向移動；
（4）甲醇可以制成燃料電池，與合成氣制成燃料電池相比優(yōu)點是裝置簡單，減小了電池的體積，負極甲醇失電子得到二氧化碳．

解答 解：（1）A．反應Ⅰ、CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）△H₁=-201.25KJ/mol-（-110.52KJ/mol）-0=-90.73 kJ/mol，
故答案為：-90.73 kJ/mol；
B．Ⅱ、CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）△H₂=-58kJ/mol，
Ⅲ、CO₂（g）+H₂（g）?CO（g）+H₂O（g）△H₃，
蓋斯定律計算Ⅱ-Ⅲ得到CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）△H=（-58kJ/mol-△H₃）=-90.73 kJ/mol，△H₃=+32.73KJ/mol，則△H₃＞0，
故答案為：＞；
（2）A．對比a、c可知，升高溫度CH₃OCH₃（g）的物質(zhì)的量減小，說明平衡逆向移動，而升高溫度平衡向吸熱反應移動，則正反應為放熱反應，故A正確；
B．b等效為a中平衡基礎上壓強增大一倍，反應氣體體積不變，平衡不移動，容器a中的CH₃OH體積分數(shù)與容器b中的相等，故B錯誤；
C．a(chǎn)中溫度高，反應速率快，到達平衡時間更短，故C錯誤；
D．容器a中平衡時c（CH₃OCH₃）=c（H₂O）=$\frac{0.08mol}{1L}$=0.080mol/L，c（CH₃OH）=$\frac{0.2mol-0.08mol×2}{1L}$=0.04mol/L，容器a中化學平衡常數(shù)K₁=$\frac{0.08×0.08}{0.0{4}^{2}}$=4，此時濃度商Qc=$\frac{0.15×0.1}{0.1{5}^{2}}$=0.67＜K=4，反應向正反應進行，故D正確，
故答案為：AD；
（3）①由圖可知，壓強一定時，隨溫度的升高，CO的轉(zhuǎn)化率減小，反應①正反應為放熱反應，升高溫度，平衡向逆反應方向移動，平衡體系中CO的量增大，反應③為吸熱反應，升高溫度，平衡向正反應方向移動，又使平衡體系中CO的增大，總結(jié)果，隨溫度升高，CO的轉(zhuǎn)化率減小，
故答案為：減�。环磻�①正反應為放熱反應，升高溫度，平衡向逆反應方向移動，平衡體系中CO的量增大，反應③為吸熱反應，升高溫度，平衡向正反應方向移動，又使平衡體系中CO的增大，總結(jié)果，隨溫度升高，CO的轉(zhuǎn)化率減��；
②相同溫度下，反應③前后氣體分子數(shù)不變，壓強改變不影響其平衡移動，反應①正反應為氣體分子數(shù)減小的反應，增大壓強，有利于平衡向正反應方向移動，CO的轉(zhuǎn)化率增大，故增大壓強有利于CO的轉(zhuǎn)化率升高，故壓強：P₁＞P₂＞P₃，
故答案為：P₁＞P₂＞P₃；相同溫度下，反應③前后氣體分子數(shù)不變，壓強改變不影響其平衡移動，反應①正反應為氣體分子數(shù)減小的反應，增大壓強，有利于平衡向正反應方向移動，CO的轉(zhuǎn)化率增大，故增大壓強有利于CO的轉(zhuǎn)化率升高；
（4）甲醇可以制成燃料電池，與合成氣制成燃料電池相比優(yōu)點是裝置簡單，減小了電池的體積，負極甲醇失電子得到二氧化碳，結(jié)合電荷守恒書寫電極反應CH₃OH-6e^-+H₂O=CO₂+6H⁺，
故答案為：裝置簡單，減小了電池的體積；CH₃OH-6e^-+H₂O=CO₂+6H⁺．

點評 本題考查化學平衡的計算，為高頻考點，把握蓋斯定律應用、K與Qc的計算、平衡移動、原電池等為解答的關鍵，側(cè)重分析與應用能力的考查，綜合性較強，題目難度不大．