Question

20．甲醇是重要的化工原料．利用合成氣（主要成分為CO、CO₂和H₂）在催化劑的作用下
合成甲醇，發生的主要反應如下：
①CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）△H₁
②CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）△H₂=-58kJ/mol
③CO₂（g）+H₂（g）?CO（g）+H₂O（g）△H₃=+41kJ/mol
回答下列問題：
（1）CO₂的電子式是．
（2）△H₁=+41kJ/mol，①反應正向的熵變△S＜0（填＞、＜或=）．
（3）在容積為2L的密閉容器中，充入一定量CO₂和H₂合成甲醇（上述②反應），在其他條件不變時，溫度T₁、T₂對反應的影響圖象如圖，下列說法正確的是③④（填序號）
①溫度為T₁時，從反應到平衡，生成甲醇的平均速率為：v（CH₃OH）=$\frac{{n}_{A}}{{t}_{A}}$mol/（L•min）
②當v（CH₃OH）=v（H₂O）時，說明反應達到平衡
③混合氣體的平均相對分子質量A點大于B點
④處于A點的反應體系從T₁變到T₂，達到平衡時n（H₂）與n（CH₃OH）比值增大
（4）在T₁溫度時，將2molCO₂和6molH₂充入2L密閉容器中，充分反應（上述②反應）達到平衡后，若CO₂轉化率為50%，則容器內的壓強與起始壓強之比為$\frac{3}{4}$；T₁溫度，反應CH₃OH（g）+H₂O（g）?CO₂（g）+3H₂（g）的平衡常數數值為0.15．

Answer 1

分析 （1）二氧化碳中C原子和O原子間為雙鍵，CO₂是共價化合物，其結構式為O=C=O，碳原子和氧原子之間有2對電子；
（2）由蓋斯定律可知，將②-①可得反應③，反應前后氣體體積減小，則反應熵變小于0；
（3）結合圖象中甲醇的變化來計算反應速率，并利用圖象中時間與速率的關系來分析T₁、T₂，再利用影響平衡的因素來分析解答；
（4）化學平衡的三段法計算平衡時各物質的物質的量，再利用反應前后氣體的物質的量之比等于壓強之比來解答；K=$\frac{生成物平衡濃度冪次方乘積}{反應物平衡濃度冪次方乘積}$；

解答 解：（1）二氧化碳中C原子和O原子間為雙鍵，CO₂是共價化合物，其結構式為O=C=O，碳原子和氧原子之間有2對電子，其電子式為，
故答案為：；
（2）已知反應：①CO（g）+2H₂（g）═CH₃OH（g）△H₁=-99kJ．mol^-1，
②CO₂（g）+3H₂（g）═CH₃OH（g）+H₂O（g）△H₂=-58kJ．mol^-1
根據蓋斯定律可知，將②-①可得反應③，故△H₃=（-58kJ．mol^-1）-（-99kJ．mol^-1）=+41KJ/mol，
①反應正向是氣體體積減小的反應，反應的熵變△S＜0，
故答案為：+41；＜；
（3）根據題給圖象分析可知，T₂先達到平衡則T₂＞T₁，由溫度升高反應速率增大可知T₂的反應速率大于T₁，又溫度高時平衡狀態CH₃OH的物質的量少，CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）△H₂=-58kJ/mol，反應為放熱反應，則升溫說明可逆反應CO₂+3H₂?CH₃OH+H₂O向逆反應方向移動，
①v（CH₃OH）=$\frac{\frac{{n}_{A}}{2l}}{{t}_{A}}$=$\frac{{n}_{A}}{2{t}_{A}}$mol/L•min，故①錯誤；
②當v（CH₃OH）=v（H₂O）時，不能證明反應正逆反應速率相同，不能說明反應達到平衡，故②錯誤；
③混合氣體質量不變，B點溫度越高平衡逆向進行，氣體物質的量增大，則氣體的平均相對分子質量A點大于B點，故③正確；
④處于A點的反應體系從T₁變到T₂，升高溫度，平衡向逆反應方向移動，達到平衡時，氫氣物質的量增大、甲醇的物質的量減小，故$\frac{n（{H}_{2}）}{n（C{H}_{3}OH）}$增大，故④正確；
故答案為：③④；
（4）由化學平衡的三段模式法計算可知，容器體積為2L，
                       CO₂（g）+3H₂（g）=CH₃OH（g）+H₂O（g）
起始（mol/L）     1             3             0                    0
變化（mol/L）  1×50%        1.5          0.5                 0.5
平衡（mol/L）   0.5           1.5             0.5                0.5
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=$\frac{0.5+1.5+0.5+0.5}{1+3}$=$\frac{3}{4}$，
平衡常數K=$\frac{0.5×0.5}{0.5×1．{5}^{3}}$=$\frac{4}{27}$=0.15
故答案為：$\frac{3}{4}$；0.15；

點評 本題綜合性較強，考查知識點較多，注重了對高考熱點的考查，學生應熟悉蓋斯定律、熱化學反應方程式、反應速率、化學平衡、原電池、圖象分析判斷等重要知識來解答，題目難度中等．