Question

13．由于溫室效應和資源短缺等問題，如何降低大氣中的CO₂含量并加以開發利用，引起了各國的普遍重視．目前工業上有一種方法是用CO₂生產燃料甲醇．一定條件下發生反應：CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g），如圖表示該反應進行過程中能量（單位為kJ•mol^-1）的變化．
（1）關于該反應的下列說法中，其△H小于0．（填“大于”、“小于”或“等于”），且在較低（填“較高”或“較低”）溫度下有利于該反應自發進行．
（2）該反應平衡常數K的表達式為$\frac{c（C{H}_{3}OH）c（{H}_{2}O）}{c（C{O}_{2}）{c}^{3}（{H}_{2}）}$．
（3）溫度降低，平衡常數K增大（填“增大”、“不變”或“減小”）．
（4）若為兩個容積相同的密閉容器，現向甲容器中
充入1mol CO₂（g）和3molH₂（g），乙容器中充入1mol CH₃OH（g）和1mol H₂O（g），在相同
的溫度下進行反應，達到平衡時，甲容器內n（CH₃OH）等于乙容器內n（CH₃OH）（填“大于”“小于”或“等于”）．
（5）已知：CO（g）+2H₂（g）=CH₃OH （g）△H=-116kJ•mol^-1；
CO（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）=CO₂（g）△H=-283kJ•mol^-1；
H₂ （g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）=H₂O（g）△H=-242kJ•mol^-1；
寫出CH₃OH燃燒生成CO₂和水蒸氣的熱化學方程式2CH₃OH（g）+3O₂（g）═2CO₂（g）+4H₂O（g）△H=-1302kJ/mol．

Answer 1

分析 （1）圖象可知反應物能量高于生成物，反應為放熱反應，反應熵變△S＜0，依據反應自發進行的判斷依據，△H-T△S＜0分析溫度；
（2）平衡常數K=$\frac{生成物平衡濃度冪次方乘積}{反應物平衡濃度冪次方乘積}$；
（3）反應是放熱反應，溫度降低平衡正向進行；
（4）若為兩個容積相同的密閉容器，現向甲容器中充入1mol CO₂（g）和3molH₂（g），乙容器中充入1mol CH₃OH（g）和1mol H₂O（g），在相同
的溫度下進行反應，達到相同平衡；
（5）依據熱化學方程式和蓋斯定律計算得到CH₃OH燃燒生成CO₂和水蒸氣的熱化學方程式；

解答 解：（1）CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g），圖象可知反應物能量高于生成物，反應為放熱反應，反應熵變△S＜0，依據反應自發進行的判斷依據，△H-T△S＜0分析溫度在較低溫下蒸發進行，
故答案為：小于，較低；
（2）CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g），平衡常數K=$\frac{生成物平衡濃度冪次方乘積}{反應物平衡濃度冪次方乘積}$=$\frac{c（C{H}_{3}OH）c（{H}_{2}O）}{c（C{O}_{2}）{c}^{3}（{H}_{2}）}$，
故答案為：$\frac{c（C{H}_{3}OH）c（{H}_{2}O）}{c（C{O}_{2}）{c}^{3}（{H}_{2}）}$；
（3）CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g），△H＜0，反應是放熱反應，降低溫度平衡正向進行，平衡常數增大，
故答案為：增大；
（4）若為兩個容積相同的密閉容器，現向甲容器中充入1mol CO₂（g）和3molH₂（g），乙容器中充入1mol CH₃OH（g）和1mol H₂O（g），相當于加入1mol CO₂（g）和3molH₂（g），在相同的溫度下進行反應，達到相同平衡，甲容器內n（CH₃OH）等于乙容器內n（CH₃OH），
故答案為：等于；
（5）①CO（g）+2H₂（g）=CH₃OH （g）△H=-116kJ•mol^-1；
②CO（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）=CO₂（g）△H=-283kJ•mol^-1；
③H₂ （g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）=H₂O（g）△H=-242kJ•mol^-1；
依據蓋斯定律計算（③×2+②-①）×2CH₃OH燃燒生成CO₂和水蒸氣的熱化學方程式2CH₃OH（g）+3O₂（g）═2CO₂（g）+4H₂O（g）△H=-1302kJ/mol，
故答案為：2CH₃OH（g）+3O₂（g）═2CO₂（g）+4H₂O（g）△H=-1302kJ/mol；

點評 本題考查了影響反應速率的因素、化學平衡狀態的判斷、熱化學方程式書寫，題目難度中等．