Question

7．到目前为止，由化学能转变的热能或电能仍然是人类使用的最主要的能源．

（1）在25℃、101kPa下，16g的甲醇（CH₃OH）完全燃烧生成CO₂和液态水时放出352kJ的热量，则表示甲醇燃烧热的热化学方程式为CH₃OH（l）+$\frac{3}{2}$O₂（g）═CO₂（g）+2H₂O （l）△H=-704KJ/mol
（2）化学反应中放出的热能（焓变，△H）与反应物和生成物的键能（E）有关．
①如图1是N₂（g）和H₂（g）反应生成1mol NH₃（g）过程中能量变化示意图，请计算每生成1mol NH₃放出热量为：46KJ
②若已知下列数据：

化学键	H-H	N≡N
键能/kJ•mol-1	435	943

试根据表中及图中数据计算N-H的键能390kJ•mol^-1
③若起始时向容器内放入1mol N₂和3mol H₂，达平衡后N₂的转化率为20%，则反应放出的热量为18.4kJ
④如图2表示在密闭容器中反应：N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）△H＜0，达到平衡时，由于条件改变而引起反应速度和化学平衡的变化情况，a～b过程中改变的条件可能是升高温度；若增大压强时，反应速度变化情况画在c～d处．

（3）①二氧化碳的捕集、利用是我国能源领域的一个重要战略方向．工业上用CO₂和H₂反应合成二甲醚．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
则2CO₂（g）+6H₂（g）?CH₃OCH₃（g）+3H₂O（g）△H₃=-130.8kJ．mol^-1
②一定条件下，上述合成二甲醚的反应达到平衡状态后，若改变反应的某一个条件，下列变化能说明平衡一定向正反应方向移动的是b（填代号）．
a．逆反应速率先增大后减小                b．H₂的转化率增大
c．CO₂的体积百分含量减小                d．容器中二甲醚的浓度增大
③在一定条件下，将CO₂和H₂以体积比1：2置于密闭容器中发生上述反应：2CO₂（g）+6H₂（g）?CH₃OCH₃（g）+3H₂O（g）
下列能说明反应达到平衡状态的是abd
a．体系压强不变                           b．CO₂和H₂的体积比不变
c．混合气体的密度不变                     d．混合气体的平均相对分子质量不变．

Answer 1

分析 （1）依据燃烧热概念是1mol可燃物完全燃烧生成稳定氧化物放出的热量书写热化学方程式，16g的甲醇（CH₃OH）完全燃烧生成CO₂和液态水时放出352kJ的热量，32g甲醇即1mol，燃烧生成二氧化碳和液态水放热704KJ，标注物质聚集状态和对应焓变写出；
（2）①先求出此反应的焓变，根据热化学方程式的书写规则再写出热化学方程式；
②根据反应热等于反应物的总键能减去生成物的总键能计算；
③依据化学平衡计算生成氨气物质的量，结合热化学方程式计算放出的热量；
④根据影响化学反应速率和化学平衡的条件可作判断；根据压强对化学反应速率的影响可画出相关的图；
（3）①热化学方程式和盖斯定律计算所得热化学方程式；
②a．逆反应速率先增大后减小，说明平衡向逆反应方向移动；
b．H₂的转化率增大，说明平衡向正反应方向移动；
c．CO₂的体积百分含量减小，可能为减小二氧化碳的量使平衡向逆反应方向移动；
d．增大二甲醚浓度，平衡逆向进行，容器中二甲醚的浓度增大；
③反应到达平衡状态时，正逆反应速率相等（同种物质）或正逆反应速率之比等于系数之比（不同物质），平衡时各种物质的物质的量、浓度等不再发生变化，可由此进行判断；

解答 解：（1）16g的甲醇（CH₃OH）完全燃烧生成CO₂和液态水时放出352kJ的热量，32g甲醇即1mol，燃烧生成二氧化碳和液态水放热704KJ，标注物质聚集状态和对应焓变写出热化学方程式为：CH₃OH（l）+$\frac{3}{2}$O₂（g）═CO₂（g）+2H₂O （l）△H=-704KJ/mol；
故答案为：CH₃OH（l）+$\frac{3}{2}$O₂（g）═CO₂（g）+2H₂O （l）△H=-704KJ/mol；  
（2）①反应物总能量大于生成物总能量，应为放热反应，生成1mol氨气放出46kJ热量，则反应的热化学方程式为$\frac{1}{2}$N₂（g）+$\frac{3}{2}$H₂（g）?NH₃（g）△H=-46kJ/mol，
故答案为：46KJ；
②反应热等于反应物的总键能减去生成物的总键能，设N-H的键能为x，
则943KJ/mol+3×435KJ/mol-6x=-92KJ/mol，x=390KJ/mol，
故答案为：390；
③如图是N₂和H₂反应生成2mol NH₃过程中能量变化示意图，反应焓变△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氨气放热=$\frac{0.4mol}{2mol}$×92KJ=18.4KJ；
故答案为：18.4；     
④根据图二可知，在a时刻，正逆反应速率都增大，且逆反应速率大于正反应速率，即平衡逆向移动，因为反应的△H＜0，根据影响化学反应速率和化学平衡的条件可知，a～b过程中改变的条件可能是升温，在b～c过程后，若增大压强，正逆反应速率都会增大，由于该反应为体积缩小的反应，所以平衡正向移动，根据压强对化学反应速率的影响可画出相关的图为：；

故答案为：升高温度；；    
（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
依据盖斯定律计算a×2-b得到2CO₂（g）+6H₂（g）?CH₃OCH₃（g）+3H₂O（g）△H₃=-130.8KJ/mol，
故答案为：-130.8；
②a．逆反应速率先增大后减小，说明平衡向逆反应方向移动，故a不选；
b．H₂的转化率增大，说明平衡向正反应方向移动，故b选；
c．CO₂的体积百分含量减小，可能为减小二氧化碳的量使平衡向逆反应方向移动，故c不选；
d．增大二甲醚浓度，平衡逆向进行，容器中二甲醚的浓度增大，故d不选；
故选：b；
③2CO₂（g）+6H₂（g）?CH₃OCH₃（g）+3H₂O（g）△H₃=-130.8KJ/mol，反应是气体体积减小的放热反应，
a．反应前后气体物质的量变化，当体系压强不变说明反应达到平衡状态，故a正确；
b．二氧化碳和氢气反应比为1：3，起始量为1：2，CO₂和H₂的体积比不变说明反应达到平衡状态，故b正确；
c．反应前后气体质量不变，体积不变，混合气体的密度始终不变，故c错误；
d．反应前后气体质量不变，物质的量变化，当混合气体的平均相对分子质量不变说明反应达到平衡状态，故d正确；
故答案为：abd；

点评 本题综合考查化学反应与能量变化知识，注意物质的总能量、键能与反应热的计算关系，影响反应速率和化学平衡移动的外界因素等知识，题目难度中等，在看图二时要注间线的起点和正逆反应速率的相对大小，进而判断平衡移动方向．