Question

17．甲醇（沸點：64.7^oC）是一種清潔能源，制取甲醇的成熟的方法有很多，利用CO₂和H₂甲醇制甲醇的反應方程式如下：
CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）△H=-49.4kJ/mol
Ⅰ．一定條件下，向容積為2L恒容密閉容器中充入1.2mol CO₂（g）和2.8mol H₂（g），在不同溫度下達平衡時，CH₃OH的體積分數(shù)變化曲線如圖1所示．
（1）保持T₁恒溫下，從開始到平衡所需時間為10分鐘．測定平衡時容器內(nèi)壓強為P₁MPa．
①開始到平衡的平均反應速率v（CO₂）=0.04mol/（L•min）
②該溫度下反應的平衡常數(shù)K=100（mol/L）^-2
（2）使上述反應在T₂（T₁＜T₂）的恒溫下進行并達平衡．測定到平衡所需是為t₂分鐘，平衡時容器內(nèi)壓強為P₂ MPa．則t₂＜10；P₂＞ P₁（填＞、＜或=）
Ⅱ．某研究小組通過實驗探究不同的氫碳比[n（H₂）/n（CO₂）]對反應物轉(zhuǎn)化率的影響．
向容積為2L的恒溫恒容密閉容器，把總物質(zhì)的量為4mol的H₂ （g）和CO₂ （g）以不同的氫碳比[n（H₂）/n（CO₂）]開始進行反應，分別達到平衡時，測定剩余CH₃OH的濃度以計算CO₂（g）或H₂（g）的轉(zhuǎn)化率．
（3）圖2畫出了CO₂（g）轉(zhuǎn)化率的變化曲線，請在圖中畫出H₂（g）的轉(zhuǎn)化率的變化曲線（以A為起點），并作相應的標注．

Ⅲ．利用利用CO₂和H₂也可以制取另一種重要的有機溶劑甲醚CH₃OCH₃．
已知2CH₃OH（g）=CH₃OCH₃（g）+H₂O（g）△H=-25．kJ/mol寫出利用CO₂和H₂制取甲醚的熱化學方程式2CO₂（g）+6H₂（g）=CH₃OCH₃（g）+3H₂O（g）△H=-123.8kJ/mol．

Answer 1

分析 Ⅰ．（1）一定條件下，向容積為2L恒容密閉容器中充入1.2mol CO₂（g）和2.8mol H₂（g），在不同溫度下達平衡時，保持T₁恒溫下，從開始到平衡所需時間為10分鐘．CH₃OH的體積分數(shù)為33.3%即為$\frac{1}{3}$，設反應的二氧化碳物質(zhì)的量濃度為x，
                           CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）
起始量（mol/L）    0.6             1.4               0                0
變化量（mol/L）    x               3x                x                 x
平衡量（mol/L）  0.6-x         1.4-3x            x                 x
$\frac{x}{2-2x}$=$\frac{1}{3}$
x=0.4mol/L
①開始到平衡的平均反應速率v（CO₂）=$\frac{△c}{△t}$；
②該溫度下反應的平衡常數(shù)K=$\frac{生成物平衡濃度冪次方乘積}{反應物平衡濃度冪次方乘積}$；
（2）保持T₁恒溫下，從開始到平衡所需時間為10分鐘．測定平衡時容器內(nèi)壓強為P₁MPa，使上述反應在T₂（T₁＜T₂）的恒溫下進行并達平衡．測定到平衡所需是為t₂分鐘，平衡時容器內(nèi)壓強為P₂ MPa，溫度升高反應速率增大，達到平衡所需時間縮短，反應為放熱反應，升溫平衡逆向進行氣體物質(zhì)的量增大氣體壓強增大；
Ⅱ．（3）CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）△H=-49.4kJ/mol，反應物質(zhì)以不同的氫碳比$\frac{n（{H}_{2}）}{n（C{O}_{2}）}$反應，當比值越二氧化碳的轉(zhuǎn)化率越大，氫氣轉(zhuǎn)化率減小，比值為3時和反應比相同，二者轉(zhuǎn)化率相同，據(jù)此畫出氫氣轉(zhuǎn)化率變化曲線；
Ⅲ．已知①2CH₃OH（g）=CH₃OCH₃（g）+H₂O（g）△H=-25．kJ/mol，
②CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）△H=-49.4kJ/mol
蓋斯定律計算得到：②×2+①得到所需熱化學方程式．

解答 解：Ⅰ．（1）一定條件下，向容積為2L恒容密閉容器中充入1.2mol CO₂（g）和2.8mol H₂（g），在不同溫度下達平衡時，保持T₁恒溫下，從開始到平衡所需時間為10分鐘．CH₃OH的體積分數(shù)為33.3%即為$\frac{1}{3}$，設反應的二氧化碳物質(zhì)的量濃度為x，
                           CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）
起始量（mol/L）    0.6             1.4               0                0
變化量（mol/L）    x               3x                x                 x
平衡量（mol/L）  0.6-x         1.4-3x            x                 x
$\frac{x}{2-2x}$=$\frac{1}{3}$
x=0.4mol/L
①開始到平衡的平均反應速率v（CO₂）=$\frac{0.4mol/L}{10min}$=0.04mol/（L•min），故答案為：0.04；
②該溫度下反應的平衡常數(shù)K=$\frac{0.4×0.4}{0.2×0．{2}^{3}}$=100（mol/L）^-2，故答案為：100（mol/L）^-2；
（2）保持T₁恒溫下，從開始到平衡所需時間為10分鐘．測定平衡時容器內(nèi)壓強為P₁MPa，使上述反應在T₂（T₁＜T₂）的恒溫下進行并達平衡．測定到平衡所需是為t₂分鐘，平衡時容器內(nèi)壓強為P₂ MPa，溫度升高反應速率增大，達到平衡所需時間縮短，t₂＜10，反應為放熱反應，升溫平衡逆向進行氣體物質(zhì)的量增大氣體壓強增大，
P₂＞P₁，
故答案為：＜；＞；
（3）CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）△H=-49.4kJ/mol，反應物質(zhì)以不同的氫碳比$\frac{n（{H}_{2}）}{n（C{O}_{2}）}$反應，當比值越二氧化碳的轉(zhuǎn)化率越大，氫氣轉(zhuǎn)化率減小，比值為3時和反應比相同，二者轉(zhuǎn)化率相同，據(jù)此畫出氫氣轉(zhuǎn)化率變化曲線為：

故答案為：；

Ⅲ．已知①2CH₃OH（g）=CH₃OCH₃（g）+H₂O（g）△H=-25．kJ/mol，
②CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）△H=-49.4kJ/mol
蓋斯定律計算得到：②×2+①得到：2CO₂（g）+6H₂（g）=CH₃OCH₃（g）+3H₂O（g）△H=-123.8 kJ/mol
故答案為：2CO₂（g）+6H₂（g）=CH₃OCH₃（g）+3H₂O（g）△H=-123.8 kJ/mol．

點評 本題考查了化學反應速率、平衡影響因素、平衡常數(shù)計算、圖象的理解應用、熱化學方程式書寫等知識點，掌握基礎(chǔ)是解題關(guān)鍵，題目難度中等．