Question

13．能源短缺是人類面臨的重大問題．甲醇是一種可再生能源．具有廣泛的開發和應用前景．因此甲醇被稱為21世紀的新型燃料．
Ⅰ、已知在常溫常壓下：①H₂O（I）═H₂O（g）△H=+44.0kJ．mol^-1
②2CH₃OH（I）十3O₂（g）═2CO₂（g）+4H₂O（g）△H=-1275.6kJ•mol^-1
寫出表示甲醇燃燒熱的熱化學方程式CH₃OH（g）+$\frac{3}{2}$O₂（g）=CO₂（g）+2H₂O（l）△H=-725.8kJ/mol．
Ⅱ、工業上一般采用下列兩種反應合成甲醇：
反應A：CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）△H₁
反應B：CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）△H₂
在體積為2L的合成塔中，充人2mol CO₂和6mol H₂，測得CO₂（g）和CH₃OH（g）的濃度隨時間變化及甲醇的物質的量隨時間、溫度變化如圖所示．（T₁、T₂均大于300℃）

（1）則上述CO₂轉化為甲醇的反應的△H₁＜0（填“＞”“＜”或“=”）．
（2）從反應開始到平衡（10min），用H₂表示 的反應速率為0.24 mol•L^-1•min^-1；
（3）下列說法正確的是BD．
A．若保持恒溫，當容器中n（CH₃OH）：n（H₂O）為1：1時，該反應已達平衡狀態
B．若保持恒溫，當容器內氣體壓強恒定時，該反應已達平衡狀態
C．若其他條件不變，則平衡常數：K（T₁）＜K （T₂）
D．處于A點的反應體系的溫度從T₁變到T₂，達到平衡時$\frac{n（H2）}{n（CH3OH）}$增大
（4）對于反應A，若容器容積不變，下列措施可增加甲醇產率的是AD．
A．增加CO₂的量                   B．升高溫度
C．充入He，使體系總壓強增大      D．按原比例再充入CO₂和H₂
（5）某溫度下，將4mol CO和12mol H₂，充入2L的密閉容器中，充分反應，達到平衡后，測得c（CO）=0.5mol•L^-1，則該溫度下該反應的平衡常數為0.33．
（6）在T₁溫度時，將1mol CO₂和3mol H₂充入一密閉恒容容器中，充分反應達到平衡后，若CO₂的轉化率為A，則容器內的壓強與起始壓強之比為1-0.5A．

Answer 1

分析 Ⅰ：依據熱化學方程式和蓋斯定律計算得到，燃燒熱是1mol物質完全燃燒生成穩定氧化物放出的熱量表示熱化學方程式；
Ⅱ、（1）由圖T₂＞T₁，而溫度越高甲醇的量越少，說明平衡逆向移動，所以逆反應是吸熱反應；
（2）根據反應速率v=$\frac{△c}{△t}$計算v（CO₂），再根據速率之比等于化學計量數之比計算v（H₂）；
（3）A、無論反應是否達到平衡狀態，n（CH₃OH）：n（H₂O）為1：1；
B、當反應前后改變的物理量不變時，該反應達到平衡狀態；
C、根據“先拐先平數值大”判斷；
D、升高溫度平衡逆向移動，達到平衡時$\frac{n（H2）}{n（CH3OH）}$增大；
（4）化學平衡正向移動可增加甲醇產率，由此分析各項；
（5）根據三行式求平衡時各組分的濃度，然后代入表達式計算；
（6）根據CO₂的轉化率求得平衡時各物質的物質的量，壓強之比等于物質的量之比，從而求得結論．

解答 解：Ⅰ：①H₂O（l）═H₂O（g）△H=+44.0kJ．mol^-1
②2CH₃OH（l）+3O₂（g）═2CO₂（g）+4H₂O（g）△H=-1275.6kJ•mol^-1
依據蓋斯定律②+①×2得到2CH₃OH（g）+3 O₂（g）=2CO₂（g）+4H₂O（l）△H=-1451.6kJ/mol
CH₃OH（g）+$\frac{3}{2}$ O₂（g）=CO₂（g）+2H₂O（l）△H=-725.8kJ/mol，
故答案為：CH₃OH（g）+$\frac{3}{2}$O₂（g）=CO₂（g）+2H₂O（l）△H=-725.8kJ/mol；
Ⅱ、（1）由圖T₂＞T₁，而溫度越高甲醇的量越少，說明平衡逆向移動，所以逆反應是吸熱反應，正反應是放熱反應，所以△H₁＜0，故答案為：＜；
（2）從反應開始到平衡，v（CO₂）=$\frac{1mol/L-0.2mol/L}{10min}$=0.08mol•L^-1•min^-1，速率之比等于化學計量數之比，故v（H₂）=3×0.08mol•L^-1•min^-1=0.24 mol•L^-1•min^-1，故答案為：0.24 mol•L^-1•min^-1；
（3）A、若保持恒溫，無論該反應是否達到平衡狀態，容器中n（CH₃OH）：n（H₂O）始終為1：1，所以不能據此判斷平衡狀態，故錯誤；
B、該反應是反應氣體體積減小的反應，若保持恒溫，當容器內氣體壓強恒定時，該反應已達平衡狀態，故正確；
C、根據“先拐先平數值大”知T₁＜T₂，升高溫度，甲醇的物質的量減小，則平衡向逆反應發現移動，所以平衡常數：K（T₁）＞K （T₂），故錯誤；
D、升高溫度平衡逆向移動，達到平衡時$\frac{n（H2）}{n（CH3OH）}$增大，故正確；
故選BD；
（4）A．增加CO₂的量，平衡正向移動，甲醇產率增加，故正確；                   
B．正反應是放熱反應，升高溫度，平衡逆向移動，甲醇產率減小，故錯誤；
C．充入He，使體系總壓強增大，各組分濃度不變，平衡不移動，甲醇產率不變，故錯誤；
D．按原比例再充入CO₂和H₂，相當于增大壓強，平衡正向移動，甲醇產率增加，故正確；故選AD；
（5）CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）
初起：2mol/L     6mol/L       0
變化：1.5mol•L^-13mol•L^-1 1.5mol•L^-1
平衡：0.5mol•L^-1 3mol•L^-11.5mol•L^-1
所以K=$\frac{1.5}{0.5×{3}^{2}}$=0.33，
故答案為：0.33；     
（6）由化學平衡的三段模式法計算可知，
       CO₂ （g）+3H₂（g）=CH₃OH（g）+H₂O（g）
起始    1        3          0          0
變化    A        3A         A          A
平衡    1-A      3-3A       A          A
根據相同條件下氣體的壓強之比等于物質的量之比，
則容器內的壓強與起始壓強之比為=（1-A+3-3A+A+A）：（1+3）=（2-A）：2=1-0.5A，故答案為：1-0.5A．

點評 本題是一道關于化學平衡狀態的判斷、化學平衡的移動影響因素，平衡狀態的判斷方法，要求學生具有分析和解決問題的能力，難度中等．