Question

7．到目前為止，由化學能轉變的熱能或電能仍然是人類使用的最主要的能源．

（1）在25℃、101kPa下，16g的甲醇（CH₃OH）完全燃燒生成CO₂和液態水時放出352kJ的熱量，則表示甲醇燃燒熱的熱化學方程式為CH₃OH（l）+$\frac{3}{2}$O₂（g）═CO₂（g）+2H₂O （l）△H=-704KJ/mol
（2）化學反應中放出的熱能（焓變，△H）與反應物和生成物的鍵能（E）有關．
①如圖1是N₂（g）和H₂（g）反應生成1mol NH₃（g）過程中能量變化示意圖，請計算每生成1mol NH₃放出熱量為：46KJ
②若已知下列數據：

化學鍵	H-H	N≡N
鍵能/kJ•mol-1	435	943

試根據表中及圖中數據計算N-H的鍵能390kJ•mol^-1
③若起始時向容器內放入1mol N₂和3mol H₂，達平衡后N₂的轉化率為20%，則反應放出的熱量為18.4kJ
④如圖2表示在密閉容器中反應：N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）△H＜0，達到平衡時，由于條件改變而引起反應速度和化學平衡的變化情況，a～b過程中改變的條件可能是升高溫度；若增大壓強時，反應速度變化情況畫在c～d處．

（3）①二氧化碳的捕集、利用是我國能源領域的一個重要戰略方向．工業上用CO₂和H₂反應合成二甲醚．已知：
CO₂（g）+3H₂（g）═CH₃OH（g）+H₂O（g）△H₁=-53.7kJ．mol^-1
CH₃OH₃（g）+H₂O（g）═2CH₃OH（g）△H₂=+23.47kJ．mol^-1
則2CO₂（g）+6H₂（g）?CH₃OCH₃（g）+3H₂O（g）△H₃=-130.8kJ．mol^-1
②一定條件下，上述合成二甲醚的反應達到平衡狀態后，若改變反應的某一個條件，下列變化能說明平衡一定向正反應方向移動的是b（填代號）．
a．逆反應速率先增大后減小                b．H₂的轉化率增大
c．CO₂的體積百分含量減小                d．容器中二甲醚的濃度增大
③在一定條件下，將CO₂和H₂以體積比1：2置于密閉容器中發生上述反應：2CO₂（g）+6H₂（g）?CH₃OCH₃（g）+3H₂O（g）
下列能說明反應達到平衡狀態的是abd
a．體系壓強不變                           b．CO₂和H₂的體積比不變
c．混合氣體的密度不變                     d．混合氣體的平均相對分子質量不變．

Answer 1

分析 （1）依據燃燒熱概念是1mol可燃物完全燃燒生成穩定氧化物放出的熱量書寫熱化學方程式，16g的甲醇（CH₃OH）完全燃燒生成CO₂和液態水時放出352kJ的熱量，32g甲醇即1mol，燃燒生成二氧化碳和液態水放熱704KJ，標注物質聚集狀態和對應焓變寫出；
（2）①先求出此反應的焓變，根據熱化學方程式的書寫規則再寫出熱化學方程式；
②根據反應熱等于反應物的總鍵能減去生成物的總鍵能計算；
③依據化學平衡計算生成氨氣物質的量，結合熱化學方程式計算放出的熱量；
④根據影響化學反應速率和化學平衡的條件可作判斷；根據壓強對化學反應速率的影響可畫出相關的圖；
（3）①熱化學方程式和蓋斯定律計算所得熱化學方程式；
②a．逆反應速率先增大后減小，說明平衡向逆反應方向移動；
b．H₂的轉化率增大，說明平衡向正反應方向移動；
c．CO₂的體積百分含量減小，可能為減小二氧化碳的量使平衡向逆反應方向移動；
d．增大二甲醚濃度，平衡逆向進行，容器中二甲醚的濃度增大；
③反應到達平衡狀態時，正逆反應速率相等（同種物質）或正逆反應速率之比等于系數之比（不同物質），平衡時各種物質的物質的量、濃度等不再發生變化，可由此進行判斷；

解答 解：（1）16g的甲醇（CH₃OH）完全燃燒生成CO₂和液態水時放出352kJ的熱量，32g甲醇即1mol，燃燒生成二氧化碳和液態水放熱704KJ，標注物質聚集狀態和對應焓變寫出熱化學方程式為：CH₃OH（l）+$\frac{3}{2}$O₂（g）═CO₂（g）+2H₂O （l）△H=-704KJ/mol；
故答案為：CH₃OH（l）+$\frac{3}{2}$O₂（g）═CO₂（g）+2H₂O （l）△H=-704KJ/mol；  
（2）①反應物總能量大于生成物總能量，應為放熱反應，生成1mol氨氣放出46kJ熱量，則反應的熱化學方程式為$\frac{1}{2}$N₂（g）+$\frac{3}{2}$H₂（g）?NH₃（g）△H=-46kJ/mol，
故答案為：46KJ；
②反應熱等于反應物的總鍵能減去生成物的總鍵能，設N-H的鍵能為x，
則943KJ/mol+3×435KJ/mol-6x=-92KJ/mol，x=390KJ/mol，
故答案為：390；
③如圖是N₂和H₂反應生成2mol NH₃過程中能量變化示意圖，反應焓變△H=335KJ/mol-427KJ/mol=-92KJ/mol，
N₂（g）+3H₂（g）=2NH₃（g）△H=-92KJ/mol
1      3        0
0.2    0.6     0.4
生成0.4mol氨氣放熱=$\frac{0.4mol}{2mol}$×92KJ=18.4KJ；
故答案為：18.4；     
④根據圖二可知，在a時刻，正逆反應速率都增大，且逆反應速率大于正反應速率，即平衡逆向移動，因為反應的△H＜0，根據影響化學反應速率和化學平衡的條件可知，a～b過程中改變的條件可能是升溫，在b～c過程后，若增大壓強，正逆反應速率都會增大，由于該反應為體積縮小的反應，所以平衡正向移動，根據壓強對化學反應速率的影響可畫出相關的圖為：；

故答案為：升高溫度；；    
（3）①a、CO₂（g）+3H₂（g）═CH₃OH（g）+H₂O（g）△H₁=-53.7kJ．mol^-1
b、CH₃OH₃（g）+H₂O（g）═2CH₃OH（g）△H₂=+23.47kJ．mol^-1
依據蓋斯定律計算a×2-b得到2CO₂（g）+6H₂（g）?CH₃OCH₃（g）+3H₂O（g）△H₃=-130.8KJ/mol，
故答案為：-130.8；
②a．逆反應速率先增大后減小，說明平衡向逆反應方向移動，故a不選；
b．H₂的轉化率增大，說明平衡向正反應方向移動，故b選；
c．CO₂的體積百分含量減小，可能為減小二氧化碳的量使平衡向逆反應方向移動，故c不選；
d．增大二甲醚濃度，平衡逆向進行，容器中二甲醚的濃度增大，故d不選；
故選：b；
③2CO₂（g）+6H₂（g）?CH₃OCH₃（g）+3H₂O（g）△H₃=-130.8KJ/mol，反應是氣體體積減小的放熱反應，
a．反應前后氣體物質的量變化，當體系壓強不變說明反應達到平衡狀態，故a正確；
b．二氧化碳和氫氣反應比為1：3，起始量為1：2，CO₂和H₂的體積比不變說明反應達到平衡狀態，故b正確；
c．反應前后氣體質量不變，體積不變，混合氣體的密度始終不變，故c錯誤；
d．反應前后氣體質量不變，物質的量變化，當混合氣體的平均相對分子質量不變說明反應達到平衡狀態，故d正確；
故答案為：abd；

點評 本題綜合考查化學反應與能量變化知識，注意物質的總能量、鍵能與反應熱的計算關系，影響反應速率和化學平衡移動的外界因素等知識，題目難度中等，在看圖二時要注間線的起點和正逆反應速率的相對大小，進而判斷平衡移動方向．