Question

4．甲醇是重要的綠色能源之一，目前科學(xué)家用水煤氣（CO+H₂）合成甲醇，其反應(yīng)為：CO（g）+2H₂（g）＜“m“：math dsi：zoomscale=150 dsi：_mathzoomed=1＞?Cu2O/ZnO$\stackrel{Cu_{2}O/ZnO}{?}$CH₃OH（g），△H=-128.1kJ•mol^-1，回答下列問題：
（1）該反應(yīng)是可逆反應(yīng)，為使化學(xué)反應(yīng)速率和CO的轉(zhuǎn)化率都同時(shí)提高的措施有增大壓強(qiáng)、增加氫氣的物質(zhì)的量（寫兩條）．
（2）恒溫恒容條件能說明該可逆反應(yīng)達(dá)平衡的是D；
A．2v_正（H₂）=v_逆（CH₃OH）
B．n（CO）：n（H₂）：n（CH₃OH）=1：2：1
C．混合氣體的密度不變
D．混合氣體的平均相對分子質(zhì)量不變
（3）若上述可逆反應(yīng)在恒溫恒容的密閉容器進(jìn)行，起始時(shí)間向該容器中沖入1molCO（g）和2molH₂（g）．實(shí)驗(yàn)測得H₂的平衡轉(zhuǎn)化率隨溫度（T）、壓強(qiáng)（P）的變化如圖所示．
①該反應(yīng)的△S＜0，圖中的T₁＜T₂（填“＜”“＞”或“=”）
②T₁下到達(dá)平衡狀態(tài)A時(shí)，容器的體積為2L，此時(shí)該反應(yīng)的平衡常數(shù)為4L²/mol²，若達(dá)到平衡狀態(tài)B時(shí)，則容器的體積V（B）=0.4L．
（4）已知：H₂（g）燃燒熱△H=-285.8KJ•mol^-1、和CO（g）燃燒熱△H=-283.0KJ•mol^-1，則CH₃OH（g）燃燒熱的熱化學(xué)方程式是為$C{H}_{3}OH（g）+\frac{3}{2}{O}_{2}（g）=C{O}_{2}（g）+2{H}_{2}O$△H=-726.5kJ/mol．

Answer 1

分析 （1）反應(yīng)是可逆反應(yīng)，也是一個(gè)體系壓強(qiáng)減小的反應(yīng)，根據(jù)勒夏特列原理考慮控制相關(guān)條件來改變轉(zhuǎn)化率；
（2）恒溫恒容條件，聯(lián)系常用判斷反應(yīng)達(dá)到平衡的判據(jù)解答；
（3）①隨著該反應(yīng)的進(jìn)行，體系總壓強(qiáng)減小，氣體分子數(shù)減小，反應(yīng)是熵減的反應(yīng)，根據(jù)圖象，結(jié)合勒夏特列原理解答；
②根據(jù)平衡常數(shù)的表達(dá)式$K=\frac{c（C{H}_{3}OH）}{{c}^{2}（{H}_{2}）c（CO）}$，結(jié)合圖象計(jì)算；
（4）根據(jù)反應(yīng)的焓變=反應(yīng)物的總?cè)紵裏?生成物的總?cè)紵裏醽碛?jì)算CH₃OH（g）的燃燒熱，燃燒熱的是指1mol標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)完全燃燒生成穩(wěn)定參考物時(shí)反應(yīng)反應(yīng)放出的熱．

解答 解：（1）該反應(yīng)式可逆反應(yīng)，隨著反應(yīng)的進(jìn)行，氣體分子總數(shù)減小，體系壓強(qiáng)減小，反應(yīng)焓變＜0，表明反應(yīng)是放熱反應(yīng)，為了使化學(xué)反應(yīng)速率和CO的轉(zhuǎn)化率同時(shí)提高，根據(jù)勒夏特列原理，可以考慮采取的措施有增大壓強(qiáng)，增加氫氣的物質(zhì)的量．故答案為：增大壓強(qiáng)、增加氫氣的物質(zhì)的量．
（2）恒溫恒容條件下，常用判斷化學(xué)反應(yīng)達(dá)到平衡的判據(jù)有正逆反應(yīng)速率，熱量變化情況，體系有氣體參與時(shí)的壓強(qiáng)變化等．
A．能判定化學(xué)反應(yīng)達(dá)到平衡的速率關(guān)系應(yīng)為v_正（H₂）=2v_逆（CH₃OH），故A錯(cuò)誤；
B．當(dāng)反應(yīng)物按照化學(xué)計(jì)量比1：2反應(yīng)，到達(dá)平衡時(shí)，各組分的物質(zhì)的量之比需視具體的轉(zhuǎn)化率而定，n（CO）：n（H₂）：n（CH₃OH）=1：2：1不可作為判據(jù)，故B錯(cuò)誤；
C．混合氣體的密度為$ρ=\frac{{m}_{混}}{V}$，在恒溫恒容密閉體系中，根據(jù)質(zhì)量守恒定律，m_混是不變的，整個(gè)反應(yīng)過程混合氣體的密度是不變的，不可作為判據(jù)，股C錯(cuò)誤；
D．混合氣體的平均相對分子質(zhì)量為$\overline{M}=\frac{{m}_{混}}{n}$，由于化學(xué)反應(yīng)前后，氣體的物質(zhì)的量在改變，則混合氣體的平均相對分子質(zhì)量隨著反應(yīng)的進(jìn)行將發(fā)生改變直到反應(yīng)達(dá)到平衡，可以作為判據(jù)，故D正確．
故選D．
（3）①反應(yīng)在恒溫恒容密閉容器中進(jìn)行，起始時(shí)向容器中沖入1molCO（g）和2molH₂（g），實(shí)驗(yàn)測得H₂的平衡轉(zhuǎn)化率隨溫度（T）和壓強(qiáng)（p）的變化有圖，根據(jù)圖象，隨著該反應(yīng)的進(jìn)行，體系總壓強(qiáng)減小，氣體分子數(shù)減小，反應(yīng)是熵減的反應(yīng)，即體系的混亂度減小，故△S＜0；控制壓強(qiáng)不變，發(fā)現(xiàn)T₁溫度下的H₂轉(zhuǎn)化率更高，結(jié)合反應(yīng)是放熱的反應(yīng)（△H＜0）可知，溫度減小有利于反應(yīng)物的轉(zhuǎn)化率提高，故T₁＜T₂．故答案為：＜，＜．
②T₁下達(dá)平衡狀態(tài)A時(shí)，根據(jù)圖象可知，此時(shí)體系壓強(qiáng)為p₁，H₂轉(zhuǎn)化率為0.5，已知容器的體積為2L，則平衡時(shí)，根據(jù)反應(yīng)方程式：CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g），由于氫氣的轉(zhuǎn)化率為0.5，則氫氣轉(zhuǎn)化了△n（H₂）=2mol×0.5=1mol，則CO轉(zhuǎn)化了△n（CO）=0.5mol，生成了CH₃OH為△n（CH₃OH）=0.5mol，因此平衡時(shí)$c（CO）=\frac{1-0.5}{2}=0.25mol/L$，$c（{H}_{2}）=\frac{2-1}{2}=0.5mol/L$，$c（C{H}_{3}OH）=\frac{0.5}{2}=0.25mol/L$，根據(jù)平衡常數(shù)的表達(dá)式$K=\frac{c（C{H}_{3}OH）}{{c}^{2}（{H}_{2}）c（CO）}$=$\frac{0.25mol/L}{（0.5mol/L）^{2}×0.25mol/L}$=4L²/mol²．
當(dāng)反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)B時(shí)，根據(jù)圖象，此時(shí)壓強(qiáng)為p₂，氫氣的轉(zhuǎn)化率為0.8，此時(shí)氫氣轉(zhuǎn)化了△n（H₂）=2mol×0.8=1.6mol，根據(jù)反應(yīng)方程式，CO轉(zhuǎn)化了△n（CO）=0.8mol，生成了CH₃OH為△n（CH₃OH）=0.8mol，設(shè)此時(shí)容器體積為VL，則平衡時(shí)$c（CO）=\frac{1-0.8}{V}=\frac{0.2}{V}$mol/L，$c（{H}_{2}）=\frac{2-1.6}{V}=\frac{0.4}{V}$mol/L，$c（C{H}_{3}OH）=\frac{0.8}{V}$mol/L，B狀態(tài)溫度也為T₁，反應(yīng)平衡常數(shù)仍為K=4L²/mol²，則$K=\frac{\frac{0.8}{V}mol/L}{（\frac{0.4}{V}mol/L）^{2}•\frac{0.2}{V}mol/L}$=4L²/mol²，解得V（B）=0.4L．
故答案為4L²/mol²，0.4．
（4）反應(yīng)的焓變=反應(yīng)物的總?cè)紵裏?生成物的總?cè)紵裏�，已知H₂的燃燒熱為△H（H₂）=-285.8kJ/mol，CO的燃燒熱為△H（CO）=-283.0kJ/mol，反應(yīng)CO（g）+2H₂（g）=CH₃OH（g），該反應(yīng)的焓變?yōu)椤鱄=△H（CO）+2△H（H₂）-△H（CH₃OH，g）=-128.1kJ/mol，解得△H（CH₃OH，g）=-726.5kJ/mol，則CH₃OH（g）的燃燒熱的熱化學(xué)方程式為：$C{H}_{3}OH（g）+\frac{3}{2}{O}_{2}（g）$═CO₂（g）+2H₂O（l）△H=-726.5kJ/mol．
故答案為：$C{H}_{3}OH（g）+\frac{3}{2}{O}_{2}（g）$═CO₂（g）+2H₂O（l）△H=-726.5kJ/mol．

點(diǎn)評 本題考查化學(xué)平衡的移動(dòng)，平衡的條件判斷，熱化學(xué)的相關(guān)內(nèi)容．需注意高中的化學(xué)平衡常數(shù)一般是實(shí)驗(yàn)平衡常數(shù)，有單位，燃燒熱的反應(yīng)中最終的產(chǎn)物是穩(wěn)定的參考物質(zhì)，比如C完全燃燒生成的須是CO₂（g），氫氣完全燃燒生成的須是H₂O（l）．題目為中檔題難度．