Question

甲醇被稱(chēng)為2l世紀(jì)的新型燃料，請(qǐng)解決甲醇的有關(guān)問(wèn)題．
（1）已知在常溫常壓下：
2CH₃OH（l）+3O₂（g）═2CO₂（g）+4H₂O（g）△H₁═-1275.6kJ/mol
2CO （g）+O₂（g）═2CO₂（g）△H₂═-566.0kJ/mol
H₂O（g）═H₂O（l）△H₃═-44.0kJ/mol
甲醇不完全燃燒僅生成一氧化碳和液態(tài)水的熱化學(xué)方程式為
CH₃OH（l）+O₂（g）═CO （g）+2H₂O（l）△H═

 

kJ/mol．
（2）反應(yīng)CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）能自發(fā)進(jìn)行，由此可以判斷△H

 

0（“＞”“=“＜”）．為了尋找該法合成甲醇的溫度和壓強(qiáng)的適宜條件，某同學(xué)設(shè)計(jì)了三組實(shí)驗(yàn)，部分實(shí)驗(yàn)條件已經(jīng)填在下面實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的表中，請(qǐng)?jiān)诳崭裰刑钊胧Ｓ嗟膶?shí)驗(yàn)條件數(shù)據(jù)．

實(shí)驗(yàn)編號(hào)	T（℃）	n （CO）/n（H2）	P（MPa）
1	150	1 3	0.1
2		1 3	5
3	350		5

（3）倘若（2）中合成甲醇的原料氣由下述反應(yīng)提供：
將1.0mol CH₄和2.0mol H₂O（g）通入反應(yīng)室（容積為100L），在一定條件下發(fā)生反應(yīng)CH₄（g）+H₂O（g）?CO（g）+3H₂（g），CH₄的轉(zhuǎn)化率與溫度、壓強(qiáng)的關(guān)系如右圖．圖中的P₁

 

P₂（選填“＜”、“＞”或“=”），100℃、P₂時(shí)，該反應(yīng)平衡常數(shù)數(shù)值為

 

．

Answer 1

考點(diǎn)：熱化學(xué)方程式,反應(yīng)熱和焓變,化學(xué)平衡的計(jì)算

專(zhuān)題：

分析：（1）依據(jù)已知的熱化學(xué)方程式和蓋斯定律進(jìn)行計(jì)算；
（2）反應(yīng)前氣體體積大于反應(yīng)后氣體體積，即正反應(yīng)方向?yàn)殪販p少，反應(yīng)能自發(fā)進(jìn)行，根據(jù)△H-T?△S＜0進(jìn)行判斷；
溫度相同，比較壓強(qiáng)的影響；壓強(qiáng)相同，比較溫度的影響；
（3）相同溫度下，增大壓強(qiáng)，平衡向氣體體積減小的方向移動(dòng)，根據(jù)甲烷轉(zhuǎn)化率大小確定壓強(qiáng)大��；
由100℃平衡CH₄的轉(zhuǎn)化率為0.5，利用三段式計(jì)算平衡時(shí)各組分的平衡濃度，代入平衡常數(shù)表達(dá)式計(jì)算．

解答： 解：（1））①H₂O（g）=H₂O（l）△H₁=-44.0kJ/mol
②2CO （g）+O₂（g）=2CO₂（g）△H₂=-566.0kJ/mol
③2CH₃OH（l）+3O₂（g）=2CO₂（g）+4H₂O（g）△H₃=-1275.6kJ/mol；
依據(jù)蓋斯定律計(jì)算，③-②+4×①得到甲醇不完全燃燒生成一氧化碳和液態(tài)水的熱化學(xué)方程式為：CH₃OH（l）+O₂（g）=CO（g）+2H₂O（l）△H=-442.8KJ/mol，
故答案為：-442.8；     
（2）CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g），反應(yīng)前氣體體積大于反應(yīng)后氣體體積，即正反應(yīng)方向?yàn)殪販p少，反應(yīng)能自發(fā)進(jìn)行，根據(jù)△H-T?△S＜0可知，△H＜0；
采取控制變量法，探究合成甲醇的溫度和壓強(qiáng)的適宜條件，所以溫度、壓強(qiáng)是變化的，n（CO）/n（H₂）保持不變，比較使用1、2，壓強(qiáng)不同，所以溫度應(yīng)相同，應(yīng)為150℃，故答案為：＜；150；

1

3

；
（3））相同溫度下，增大壓強(qiáng)，平衡向氣體體積減小的方向移動(dòng)，甲烷的轉(zhuǎn)化率減小，所以P₁＜P₂；
平衡時(shí)甲烷的濃度變化量為

1mol×0.5

100L

=0.005mol/L，則：
              CH₄（g）+H₂O（g）?CO（g）+3H₂（g）
開(kāi)始（mol/L）：0.01     0.02     0       0
變化（mol/L）：0.005   0.005    0.005   0.015
平衡（mol/L）：0.005   0.015    0.005   0.015
故100℃時(shí)平衡常數(shù)k=

0.0153×0.005

0.015×0.005

=2.25×10^-4，
故答案為：＜；2.25×10^-4．

點(diǎn)評(píng)：本題考查蓋斯定律的應(yīng)用、化學(xué)平衡的影響因素、平衡常數(shù)的相關(guān)計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)探究等知識(shí)，綜合性較大，知識(shí)面廣，難度較大．應(yīng)加強(qiáng)平時(shí)知識(shí)的積累．