Question

16．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(yīng)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(biāo)準(zhǔn)生成熱是常用的化學(xué)熱力學(xué)數(shù)據(jù)，可以用來計(jì)算化學(xué)反應(yīng)熱．即化學(xué)反應(yīng)熱：△H=生成物標(biāo)準(zhǔn)生成熱綜合-反應(yīng)物標(biāo)準(zhǔn)生成熱總和．
已知四種物質(zhì)的標(biāo)準(zhǔn)生成熱如表：

物質(zhì)	CO	CO2	H2	CH3OH（g）
標(biāo)準(zhǔn)生成熱（kJ/mol）	-110.52	-393.51	0	-201.25

A．計(jì)算△H₁=-90.73kJ/molkJ/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(gè)體積均為1.0L的恒容密閉容器中發(fā)生反應(yīng)：2CH₃OH（g）?CH₃OCH₃（g）+H₂O（g）．實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)見表：

容器編號(hào)	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(yīng)的正反應(yīng)為放熱反應(yīng)
B．達(dá)到平衡時(shí)，容器a中的CH₃OH體積分?jǐn)?shù)比容器b中的小
C．容器a中反應(yīng)到達(dá)平衡所需時(shí)間比容器c中的長
D．若起始時(shí)向容器a中充入CH₃OH 0.15mol、CH₃OCH₃ 0.15mol和H₂O 0.10mol，則反應(yīng)將向正反應(yīng)方向進(jìn)行
（3）合成氣的組成$\frac{n（{H}_{2}）}{n（CO+C{O}_{2}）}$=2.60時(shí)，體系中的CO平衡轉(zhuǎn)化率（α）與溫度和壓強(qiáng)的關(guān)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”），其原因是升高溫度時(shí)，反應(yīng)Ⅰ為放熱反應(yīng)，平衡向左移動(dòng)，使得體系中CO的量增大；反應(yīng)Ⅲ為吸熱反應(yīng)，平衡向右移動(dòng)，CO產(chǎn)生的量也增大；總結(jié)果，隨溫度升高，使CO的轉(zhuǎn)化率降低．
②圖中P₁、P₂、P₃的大小關(guān)系為P₃＞P₂＞P₁，其判斷理由是相同溫度下，由于反應(yīng)Ⅰ為氣體分子數(shù)減小的反應(yīng)，加壓有利于提升CO的轉(zhuǎn)化率；而反應(yīng)Ⅲ為氣體分子數(shù)不變的反應(yīng)，產(chǎn)生CO的量不受壓強(qiáng)影響；故增大壓強(qiáng)，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(diǎn)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(fù)極反應(yīng)為：CH₃OH-6e^-+H₂O=CO₂+6H⁺．

Answer 1

分析 （1）化學(xué)反應(yīng)熱：△H=生成物標(biāo)準(zhǔn)生成熱綜合-反應(yīng)物標(biāo)準(zhǔn)生成熱總和，結(jié)合圖表數(shù)據(jù)和反應(yīng)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，結(jié)合蓋斯定律計(jì)算分析；
（2）A．對(duì)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(dòng)，而升高溫度平衡向吸熱反應(yīng)移動(dòng)；
B．b等效為a中平衡基礎(chǔ)上壓強(qiáng)增大一倍，反應(yīng)氣體體積不變，平衡不移動(dòng)；
C．溫度越高，反應(yīng)速率越快；
D．根據(jù)a中數(shù)據(jù)計(jì)算平衡常數(shù)，計(jì)算此時(shí)濃度商Qc，若Qc=K，處于平衡狀態(tài)，若Qc＜K，反應(yīng)向正反應(yīng)進(jìn)行，若Qc＞K，反應(yīng)向逆反應(yīng)進(jìn)行；
（3）①由圖可知，壓強(qiáng)一定時(shí)，隨溫度的升高，CO的轉(zhuǎn)化率降低，根據(jù)升高溫度對(duì)反應(yīng)①、③的影響，進(jìn)行分析CO轉(zhuǎn)化率變化原因；
②相同溫度下，反應(yīng)③前后氣體分子數(shù)不變，壓強(qiáng)改變不影響其平衡移動(dòng)，反應(yīng)①正反應(yīng)為氣體分子式減小的反應(yīng)，增大壓強(qiáng)，有利于平衡向正反應(yīng)方向移動(dòng)，CO的轉(zhuǎn)化率增大；
（4）從裝置結(jié)構(gòu)分析，硫酸做電解質(zhì)溶液，負(fù)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(yīng)．

解答 解：（1）A．反應(yīng)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(jì)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(duì)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(dòng)，而升高溫度平衡向吸熱反應(yīng)移動(dòng)，則正反應(yīng)為放熱反應(yīng)，故A正確；
B．b等效為a中平衡基礎(chǔ)上壓強(qiáng)增大一倍，反應(yīng)氣體體積不變，平衡不移動(dòng)，容器a中的CH₃OH體積分?jǐn)?shù)與容器b中的相等，故B錯(cuò)誤；
C．a(chǎn)中溫度高，反應(yīng)速率快，到達(dá)平衡時(shí)間更短，故C錯(cuò)誤；
D．容器a中平衡時(shí)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(xué)平衡常數(shù)K₁=$\frac{0.08×0.08}{0.0{4}^{2}}$=4，此時(shí)濃度商Qc=$\frac{0.15×0.1}{0.1{5}^{2}}$=0.67＜K=4，反應(yīng)向正反應(yīng)進(jìn)行，故D正確，
故答案為：AD；
（3）①由圖可知，壓強(qiáng)一定時(shí)，隨溫度的升高，CO的轉(zhuǎn)化率減小，反應(yīng)①正反應(yīng)為放熱反應(yīng)，升高溫度，平衡向逆反應(yīng)方向移動(dòng)，平衡體系中CO的量增大，反應(yīng)③為吸熱反應(yīng)，升高溫度，平衡向正反應(yīng)方向移動(dòng)，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：減小；反應(yīng)①正反應(yīng)為放熱反應(yīng)，升高溫度，平衡向逆反應(yīng)方向移動(dòng)，平衡體系中CO的量增大，反應(yīng)③為吸熱反應(yīng)，升高溫度，平衡向正反應(yīng)方向移動(dòng)，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(yīng)③前后氣體分子數(shù)不變，壓強(qiáng)改變不影響其平衡移動(dòng)，反應(yīng)①正反應(yīng)為氣體分子數(shù)減小的反應(yīng)，增大壓強(qiáng)，有利于平衡向正反應(yīng)方向移動(dòng)，CO的轉(zhuǎn)化率增大，故增大壓強(qiáng)有利于CO的轉(zhuǎn)化率升高，故壓強(qiáng)：P₁＞P₂＞P₃，
故答案為：P₁＞P₂＞P₃；相同溫度下，反應(yīng)③前后氣體分子數(shù)不變，壓強(qiáng)改變不影響其平衡移動(dòng)，反應(yīng)①正反應(yīng)為氣體分子數(shù)減小的反應(yīng)，增大壓強(qiáng)，有利于平衡向正反應(yīng)方向移動(dòng)，CO的轉(zhuǎn)化率增大，故增大壓強(qiáng)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(diǎn)是裝置簡單，減小了電池的體積，負(fù)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(yīng)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(diǎn)評(píng) 本題考查反應(yīng)熱有關(guān)計(jì)算、平衡常數(shù)及其影響因素、化學(xué)平衡的影響因素、化學(xué)平衡圖象綜合應(yīng)用、原電池原理的理解分析等，側(cè)重考查學(xué)生分析計(jì)算能力，需要學(xué)生具備扎實(shí)的基礎(chǔ)，難度中等．