Question

18．随着人类对温室效应和资源短缺等问题的重视，如何降低大气中CO₂的含量及有效地开发利用CO₂，引起了各国的普遍重视．目前工业上有一种方法是用CO₂来生产燃料甲醇．为探究反应原理，现进行如下实验，在体积为1L的密闭容器中，充入1mol CO₂和3mol H₂，一定条件下发生反应：CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）△H=-49.0kJ/mol，测得CO₂（g）和CH₃OH（g）的浓度随时间变化如图所示．
①从反应开始到平衡，氢气的平均反应速率v（H₂）=0.225 mol/（L•min）．
②下列措施中能使n（CH₃OH）/n（CO₂）增大的是C、D．
A．升高温度                     B．充入He（g），使体系压强增大
C．将H₂O（g）从体系中分离      D．再充入1mol CO₂和3mol H₂
③a．2CH₃OH（l）+3O₂（g）=2CO₂（g）+4H₂O（g）△H=-1277kJ•mol^-1
b．2CO（g）+O₂（g）=2CO₂（g）△H=-566kJ•mol^-1
c．C（s）+$\frac{1}{2}$O₂（g）=CO（g）△H=-110.5kJ•mol^-1
d．H₂O（g）=H₂O（l）△H=-44kJ•mol^-1
则，CH₃OH（l）+O₂（g）=CO（g）+2H₂O（l）△H=-443.5 kJ•mol^-1．

Answer 1

分析 ①由图可知，10min到达平衡，平衡时甲醇的浓度变化为0.75mol/L，根据浓度变化量之比等于化学计量数之比氢气的浓度变化量，根据v=$\frac{△c}{△t}$计算v（H₂）；
②使n（CH₃OH）/n（CO₂）应采取措施，使平衡向正反应移动，注意不能增大二氧化碳或降低甲醇的量；
③已知a．2CH₃OH（l）+3O₂（g）=2CO₂（g）+4H₂O（g）△H=-1277kJ•mol^-1
b．2CO（g）+O₂（g）=2CO₂（g）△H=-566kJ•mol^-1
c．C（s）+$\frac{1}{2}$O₂（g）=CO（g）△H=-110.5kJ•mol^-1
d．H₂O（g）=H₂O（l）△H=-44kJ•mol^-1
根据盖斯定律：$\frac{1}{2}$a-$\frac{1}{2}$b+2d得到：CH₃OH（l）+O₂（g）=CO（g）+2H₂O（l），据此计算．

解答 解：（1）由图可知，10min到达平衡，平衡时甲醇的浓度变化为0.75mol/L，由方程式CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O可知，氢气的浓度变化等于甲醇的浓度变化量为0.75mol/L×3=2.25mol/L，故v（H₂）=$\frac{2.25mol/L}{10min}$=0.225mol/（L•mon），
故答案为：0.225mol/（L•min）；
（2）使n（CH₃OH）/n（CO₂）应采取措施，使平衡向正反应移动，注意不能增大二氧化碳或降低甲醇的量，
A、该反应正反应是放热反应，升高温度平衡向逆反应移动，n（CH₃OH）/n（CO₂）减小，故A错误，
B、充入He（g），使体系压强增大，容器的容积不变，反应混合物的浓度不变，平衡不移动，n（CH₃OH）/n（CO₂）不变，故B错误，
C、将H₂O（g）从体系中分离，平衡向正反应移动，n（CH₃OH）/n（CO₂）增大，故C正确，
D、再充入1mol CO₂和3mol H₂，相当于增大压强，平衡向正反应移动，n（CH₃OH）/n（CO₂）增大，故D正确；
故答案为：CD；
③已知a．2CH₃OH（l）+3O₂（g）=2CO₂（g）+4H₂O（g）△H=-1277kJ•mol^-1
b．2CO（g）+O₂（g）=2CO₂（g）△H=-566kJ•mol^-1
c．C（s）+$\frac{1}{2}$O₂（g）=CO（g）△H=-110.5kJ•mol^-1
d．H₂O（g）=H₂O（l）△H=-44kJ•mol^-1
根据盖斯定律：$\frac{1}{2}$a-$\frac{1}{2}$b+2d得到：CH₃OH（l）+O₂（g）=CO（g）+2H₂O（l），△H=$\frac{1}{2}$×（-1277kJ•mol^-1）-$\frac{1}{2}$×（-566kJ•mol^-1）+（-44kJ•mol^-1）=-443.5 kJ•mol^-1；
故答案为：-443.5 kJ•mol^-1．

点评 本题考查反应速率计算、化学平衡移动的影响因素、盖斯定律的应用等，题目难度中等，注意基础知识的掌握．