Question

3．甲醇是一種可再生能源，具有開發和應用的廣闊前景，研究甲醇具有重要意義．
（1）工業上可用C0₂和H₂制取甲醇，已知下列反應的能量變化圖：
則由二氧化碳和氫氣制備甲醇的熱化學方程式為CO₂（g）+3H₂（g）=CH₃OH（l）+H₂O（l）△H=-50KJ/mol．
（2）某化學研究性學習小組模擬用CO和H₂合成甲醇，其反應為：CO（g）+2H₂（g）
CH₃0H（g）△H＜O．在容積固定為2L的密閉容器內充人1mol CO和2mol H₂，加入合適的催化劑（體積可以忽略不計）、保持250℃不變發生上述反應，用壓力計監測容器內壓強的變化如下：

反應時間/min	O	5	10	15	20	25
壓強/MPa	12.6	10.8	9.5	8.7	8.4	8.4

則反應從開始到20min時，以CO濃度變化表示的平均反應速率V（CO）=0.0125mol/（L•min），該溫度下平衡常數K=4，若升高溫度則K值減小（填增大、減小或不變）．

Answer 1

分析 （1）圖象分析書寫熱化學方程式為：①CO（g）+H₂O（g）=CO₂（g）+H₂（g）△H=-41KJ/mol，②CO（g）+2H₂（g）=CH₃OH（l）△H=-91KJ/mol；依據蓋斯定律②-①計算得到；
（2）通過（1）寫出的熱化學方程式可知反應是氣體體積減小的放熱反應，當減小到20min時反應達到平衡狀態，依據反應速率概念V=$\frac{△c}{△t}$計算速率，平衡常數是利用平衡狀態下生成物濃度冪次方乘積除以反應物濃度的冪次方乘積得到；對于放熱反應，溫度升高，化學平衡常數會減小．

解答 解：（1）圖象分析書寫熱化學方程式為：①CO（g）+H₂O（g）=CO₂（g）+H₂（g）△H=-41KJ/mol，②CO（g）+2H₂（g）=CH₃OH（l）△H=-91KJ/mol；依據蓋斯定律②-①得到：CO₂（g）+3H₂（g）=CH₃OH（l）+H₂O（l）△H=-50KJ/mol，
故答案為：CO₂（g）+3H₂（g）=CH₃OH（l）+H₂O（l）△H=-50KJ/mol；
（2）從反應開始到20min時，設CO的濃度變化量是x，
              CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）
初始濃度（mol/L）：0.5 1 　　　　 0
變化濃度（mol/L）：x 2x 　　　　 x
平衡濃度（mol/L）：0.5-x 1-2x 　　　　 x
根據反應前后壓強之比等于物質的量之比，則$\frac{3}{3-4x}$=$\frac{12.6}{8.4}$，解得x=0.25mol/L，
從反應開始到20min時，以CO表示的平均反應速率v=$\frac{△c}{△t}$=$\frac{0.25mol/L}{20min}$=0.0125mol/（L•min），
平衡常數K=$\frac{c（CH{\;}_{3}OH）}{c（CO）c{\;}^{2}（H{\;}_{2}）}$=$\frac{0.25mol/L}{0.25mol/L×（0.5mol/L）{\;}^{2}}$=4，
對于該放熱反應，溫度升高，化學平衡常數會減小；根據△G=△H-T△S可知，該反應為熵減的反應，所以T值越小，△G＜0的可能性就越大，所以要反應自發進行，最好要在低溫下，
故答案為：0.0125mol/（L•min）；4；減小．

點評 本題涉及蓋斯定律的應用、化學反應速率和平衡常數的計算及化學平衡移動的有關知識，綜合性強，有一定的難度．