题目内容

20.“低碳循环”引起了全世界的高度重视,减排CO2的一种方法是:
CO2(g)+3H2(g)?CH3OH(g)+H2O(g)△H
(1)500℃时有容积为2L的密闭容器中充入2mol CO2和6mol H2,测得CO2和CH3OH的物质的量随时间变化如图所示.
①反应的△S<(填“>”或“<”)0,从反应开始到平衡,H2的平均反应速率:
υ(H2)=0.0075mol/(L•s).
②该反应的平衡常数K=5.33(保留二位有效数字);平衡时H2的转化率为75%.
③将上述平衡体系的温度升高至700℃,平衡常数K=5.01,则△H<0(填“>”或“<”或“﹦”);为了加快化学反应速率且使体系中气体的物质的量减少,其他条件不变时,可采取的措施有
b(填序号).
a.升高温度    b.缩小容器的容积    c.使用合适的催化剂    d.再充入CO2气体
(2)已知:①H2O(g)=H2O(l)△H=-44.0kJ•mol-1
②2CO(g)+O2(g)=2CO2(g)△H=-566.0kJ•mol-1
③2CH3OH(l)+3O2(g)=2CO2(g)+4H2O(g)△H=-1257.5kJ•mol-1
写出液态甲醇不完全燃烧生成CO气体和液态H2O的热化学方程式:CH3OH(l)+O2(g)=CO(g)+2H2O(l)△H=-433.75kJ•mol-1.

分析 (1)①CO2(g)+3H2(g)?CH3OH(g)+H2O(g)气体物质的量减少,所以△S<0,根据v=$\frac{△c}{△t}$计算v(H2);
②根据三行式求平衡常数,由图可知,CO2的起始浓度为1mol/L、平衡时浓度为0.25mol/L,则△c(CO2)=1mol/L-0.25mol/L=0.75mol/L,则氢气浓度变化量为0.75mol/L×=2.25mol/L,转化率=$\frac{浓度变化量}{起始浓度}$×100%;
③将上述平衡体系的温度升高至700℃,平衡常数K=5.01,温度升高K值减少,所以正反应是放热反应,
a.升高温度,化学反应速率,平衡逆向移动,使体系中气体的物质的量增加;    
b.缩小容器的容积,反应物浓度变大,反应速率加快,平衡正向移动,气体的物质的量减少;    
c.使用合适的催化剂,化学反应速率加快,平衡不移动,物质的量不变;    
d.再充入CO2气体,化学反应速率,平衡正向移动,物质的量增加;
(2)根据热化学方程式利用盖斯定律计算反应热并书写热化学方程式.

解答 解:(1)①CO2(g)+3H2(g)?CH3OH(g)+H2O(g)气体物质的量减少,所以△S<0,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)=$\frac{2.25mol/L}{5×60s}$=0.0075mol/(L•s),
故答案为:<;0.0075;
②CO2(g)+3H2(g)?CH3OH(g)+H2O(g);
开始(mol/L):1       3         0         0
变化(mol/L):0.75    2.25      0.75      0.75
平衡(mol/L):0.25    0.75      0.75      0.75
故平衡常数K=$\frac{0.75×0.75}{0.25×0.7{5}^{3}}$=5.33,由图可知,CO2的起始浓度为1mol/L、平衡时浓度为0.25mol/L,则△c(CO2)=1mol/L-0.25mol/L=0.75mol/L,则氢气浓度变化量为0.75mol/L×=2.25mol/L,氢气转化率=$\frac{\frac{2.25mol/L}{6mol}}{2L}$×100%=75%,
故答案为:5.33;75%;
③将上述平衡体系的温度升高至700℃,平衡常数K=5.01,温度升高K值减少,所以正反应是放热反应,所以△H<0,
a.升高温度,化学反应速率,平衡逆向移动,使体系中气体的物质的量增加,故错误;    
b.缩小容器的容积,反应物浓度变大,反应速率加快,平衡正向移动,气体的物质的量减少,故正确;    
c.使用合适的催化剂,化学反应速率加快,平衡不移动,物质的量不变,故错误;    
d.再充入CO2气体,化学反应速率,平衡正向移动,物质的量增加,故错误;
故选:b;
(2)①2CH3OH(l)+3O2(g)═2CO2(g)+4H2O(g)△H=-1275.5kJ•mol-1
②2CO(g)+O2(g)═2CO2(g)△H=-566.0kJ•mol-1
③H2O(g)═H2O(l)△H=-44.0kJ•mol-1
根据盖斯定律,将已知反应$\frac{1}{2}$×(①-②+③×4)得到CH3OH(l)+O2(g)=CO(g)+2H2O(l),所以该反应的△H=$\frac{1}{2}$×[(-1275.5kJ/mol)-(-566.0kJ/mol)+(-44.0kJ/mol)×4]=-433.75kJ•mol-1,即CH3OH(l)+O2(g)=CO(g)+2H2O(l)△H=-433.75kJ•mol-1,
故答案为:CH3OH(l)+O2(g)=CO(g)+2H2O(l)△H=-433.75kJ•mol-1.

点评 本题考查物质的量浓度随时间变化曲线,涉及化学反应速率及化学平衡、平衡常数的计算,难度不大,注意对基础知识的全面掌握.

练习册系列答案
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15.实现“节能减排”和“低碳经济”的一项重要课题就是如何将CO2转化为可利用的资源.目前工业上有一种方法是用CO2来生产燃料甲醇.一定条件下发生反应:CO2(g)+3H2(g)?CH3OH(g)+H2O(g),如图1表示该反应过程中能量(单位为kJ•mol-1)的变化:

(1)关于该反应的下列说法中,正确的是C(填字母).
A.△H>0,△S>0  B.△H>0,△S<0  C.△H<0,△S<0  D.△H<0,△S>0
(2)为探究反应原理,现进行如下实验,在体积为l L的密闭容器中,充入l mol CO2和4mol H2,一定条件下发生反应:CO2(g)+3H2(g)?CH3OH(g)+H2O(g),测得CO2(g)和CH3OH(g)的浓度随时间变化如上图2所示.
①从反应开始到平衡,CO2的平均反应速率v(CO2)=0.075mol/(L•min);
②下列措施中能使化学平衡向正反应方向移动的是BD (填字母).
A.升高温度  B.将CH3OH(g)及时液化抽出  C.选择高效催化剂  D.再充入l molCO2和4molH2
(3)25℃,1.01×105Pa时,16g 液态甲醇完全燃烧,当恢复到原状态时,放出363.3kJ的热量,写出该反应的热化学方程式:CH3OH(l)+$\frac{3}{2}$O2(g)→CO2(g)+2H2O(l)△H=-726.6kJ/mol.
(4)选用合适的合金为电极,以氢氧化钠、甲醇、水、氧气为原料,可以制成一种以甲醇为原料的燃料电池,此电池的负极的电极反应式是:CH3OH-6e-+8OH-=CO32-+6H2O.

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