Question

5．為了節約煤炭和石油資源，用較少的碳原料生成較多的燃料提供給人類，一碳化學應運而生．合成氣（CO、H₂）、甲烷和甲醇是一碳化學的基礎原料，表所列為25℃、101kPa時四種物質的燃燒熱：

化學式	△H/（kJ?mol-1）	化學式	△H/（kJ?mol-1）
CO（g）	-283.0	CH4（g）	-890.3
H2（g）	-285.8	CH3OH（l）	-726.5

回答下列問題：
（1）25℃時，用合成氣制備甲醇的熱化學方程式CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（l）△H=-128.1kJ?mol^-1．
（2）工業上可利用甲烷制造合成氣，發生的反應為CH₄（g）+CO₂（g）?2CO（g）+2H₂（g）；某溫度下，向容積為4L的恒容密閉容器中通入6mol CO₂和6mol CH₄發生上述反應，5min后在該溫度下達到平衡，這時測得反應體系中各組分的體積分數相等，則該反應在0～5min內的平均反應速率v（CO）=0.2mol?L^-1?min^-1；在相同溫度下，將上述反應改在起始容積為4L的恒壓密閉容器內進行，則到達平衡的時間大于（填“大于”或“小于”或“等于”）5min．
（3）反應CH₃OH（g）+CO（g）?HCOOCH₃（g）△H=-29.1kJ?mol^-1為一碳化學在有機合成方面的重要應用．溫度和壓強對該反應的影響如圖所示：

①根據反應體系的壓強對甲醇轉化率的影響并綜合考慮生產成本因素，在下列各壓強數據中，工業上制取甲酸（HCOOCH₃）甲酯應選擇的壓強是b（填下列序號字母）；
a.3.5×10⁶Pa      b.4.0×10⁶ Pa         c.5.0×10⁶ Pa
②用上述方法制取甲酸甲酯的實際工業生產中，采用的溫度是80℃，其理由是高于80℃時，溫度對反應速率影響較小，又因反應放熱，升高溫度時平衡逆向移動，轉化率降低．

Answer 1

分析 （1）CO燃燒的熱化學方程式：CO（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）═CO₂（g）△H=-283.0 kJ•mol^-1 ①
H₂燃燒的熱化學方程式：H₂（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）═H₂O（l）△H=-285.8 kJ•mol^-1 ②
甲醇的燃燒熱為CH₃OH（l）+$\frac{3}{2}$O₂（g）═CO₂（g）+2H₂O（l）△H=-726.5kJ/mol③
將方程式①+2②-③得CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（l），焓變進行相應的改變；
（2）某溫度下，向容積為4L的恒容密閉容器中通入6mol CO₂和6mol CH₄發生反應CH₄（g）+CO₂（g）?2CO（g）+2H₂（g），5min后在該溫度下達到平衡，這時測得反應體系中各組分的體積分數相等，說明四種氣體的物質的量相等，設參加反應的n（CO₂）=xmol，
該反應CH₄（g）+CO₂（g）?2CO（g）+2H₂（g）
開始（mol）6           6               0               0
反應（mol）x          x               2x              2x
平衡（mol）6-x       6-x            2x              2x
因為各氣體物質的量相等，則6-x=2x，x=2，
達到平衡狀態時生成n（CO）=2x=4mol，該反應在0～5min內的平均反應速率v（CO）=$\frac{\frac{△n}{V}}{△t}$；在相同溫度下，將上述反應改在起始容積為4L的恒壓密閉容器內進行，該反應前后氣體物質的量增大，則壓強增大，則恒壓條件下壓強小于恒容條件下壓強，壓強越大反應速率越大；
（3）①增大壓強甲醇轉化率增大，但壓強越大對設備要求越大；
②反應速率隨溫度升高而增大，升高溫度平衡逆向移動．

解答 解：（1）CO燃燒的熱化學方程式：CO（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）═CO₂（g）△H=-283.0 kJ•mol^-1 ①
H₂燃燒的熱化學方程式：H₂（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）═H₂O（l）△H=-285.8 kJ•mol^-1 ②
甲醇的燃燒熱為CH₃OH（l）+$\frac{3}{2}$O₂（g）═CO₂（g）+2H₂O（l）△H=-726.5kJ/mol ③
將方程式①+2②-③得CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（l），△H=（-283.0 kJ•mol^-）+2（-285.8 kJ•mol^-1）-（-726.5kJ/mol）=-128.1kJ?mol^-1，
故答案為：CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（l）△H=-128.1kJ?mol^-1；
（2）某溫度下，向容積為4L的恒容密閉容器中通入6mol CO₂和6mol CH₄發生反應CH₄（g）+CO₂（g）?2CO（g）+2H₂（g），5min后在該溫度下達到平衡，這時測得反應體系中各組分的體積分數相等，說明四種氣體的物質的量相等，設參加反應的n（CO₂）=xmol，
該反應CH₄（g）+CO₂（g）?2CO（g）+2H₂（g）
開始（mol）6           6               0               0
反應（mol）x          x               2x              2x
平衡（mol）6-x       6-x            2x              2x
因為各氣體物質的量相等，則6-x=2x，x=2，
達到平衡狀態時生成n（CO）=2x=4mol，該反應在0～5min內的平均反應速率v（CO）=$\frac{\frac{△n}{V}}{△t}$=$\frac{\frac{4mol}{4L}}{5min}$=0.2mol?L^-1?min^-1；在相同溫度下，將上述反應改在起始容積為4L的恒壓密閉容器內進行，該反應前后氣體物質的量增大，則壓強增大，則恒壓條件下壓強小于恒容條件下壓強，壓強越大反應速率越大，則到達平衡的時間大于5min；
故答案為：0.2mol?L^-1?min^-1；大于；
（3）①從反應壓強對甲醇轉化率的影響“效率“看，圖象中轉化率較大的是4.0×10⁶Pa，故選：b；
②依據圖象分析，溫度在高于80°C對反應速率影響不大，反應是放熱反應，溫度過高，平衡逆向進行，不利于轉化率增大，所以實際工業生產中采用的溫度是80℃，
故答案為：溫度高于80℃，升溫對反應速率影響較小，且該反應放熱，升高溫度平衡逆向移動，轉化率降低．

點評 本題考查化學平衡計算、蓋斯定律、外界條件對化學平衡移動影響等知識點，為高頻考點，側重考查學生計算、分析判斷能力，明確溫度、壓強對化學平衡移動影響原理是解本題關鍵，注意結合實際生產分析解答，題目難度不大．