Question

17．甲醇是一种新型的能源．
（1）合成气（组成为H₂和CO）是生产甲醇的重要原料，请写出由焦炭和水在高温下制取合成气的化学方程式C+H₂O$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$ CO+H₂．
（2）已知H₂（g）、CO（g）和CH₃OH（l）的燃烧热△H分别为-285.8kJ•mol^-1、-283.0kJ•mol^-1和-726.5kJ•mol^-1，则甲醇不完全燃烧生成一氧化碳和液态水的热化学方程式为CH₃OH（l）+O₂（g）=CO（g）+2H₂O（l）H=-443.5kJ•mol^-1；
（3）在容积为l L的密闭容器中，由CO和H₂合成甲醇．在其他条件不变的情况下，考查温度对反应的影响，实验结果如图所示（注：T₁、T₂均大于300℃）；

下列说法正确的是AB（填序号）
A．温度为T₁时，从反应开始到平衡，生成甲醇的平均速率为v（CH₃OH）=$\frac{{n}_{A}}{{t}_{A}}$（mol•L^-1•min^-1）
B．该反应在T₁时C（CH₃OH）与C²（H₂）*C（CO）的比值比T₂时C（CH₃OH）与C²（H₂）*C（CO）的比值大
C．该反应为吸热反应
D．处于A点的反应体系从T₁变到T₂，达到平衡时$\frac{n（{H}_{2}）}{n（C{H}_{3}OH）}$减小
（4）在T₁温度时，将1mol CO和2mol H₂充入一密闭恒容容器中，充分反应达到平衡后，若CO转化率为a，则容器内的压强与起始压强之比为1-$\frac{2a}{3}$．

Answer 1

分析 （1）碳和水蒸气高温反应生成一氧化碳和氢气，据原子守恒和得失电子守恒书写焦炭和水在高温下制取合成气（组成为H₂和CO）的化学方程式；
（2）根据CO和CH₃OH的燃烧热先书写热方程式，再利用盖斯定律来分析甲醇不完全燃烧生成一氧化碳和液态水的热化学方程式；
（3）A、反应速率是反应中某物质的浓度在单位时间内的变化，据此可判断；
B、根据反应CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）的热量的变化，并由此判断温度变化时平衡移动的方向，再判断平衡常数的变化；
C、根据温度的变化对平衡的影响，判断平衡移动的方向，再据此判断；
D、根据温度变化后对生成物的物质的量的影响，可判断平衡移动方向；
（4）根据化学平衡的三段法计算平衡时各物质的物质的量，再利用反应前后气体的物质的量之比等于压强之比来解答；

解答 解：（1）碳和水蒸气高温反应生成一氧化碳和氢气，反应的化学方程式为：C+H₂O$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$CO+H₂，
故答案为：C+H₂O$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$CO+H₂；
（2）由CO（g）和CH₃OH（l）的燃烧热△H分别为-283.0kJ•mol^-1和-726.5kJ•mol^-1，则
①CO（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）=CO₂（g）△H=-283.0kJ•mol^-1
②CH₃OH（l）+$\frac{1}{2}$O₂（g）=CO₂（g）+2 H₂O（l）△H=-726.5kJ•mol^-1
由盖斯定律可知，②-①得反应CH₃OH（l）+O₂（g）=CO（g）+2 H₂O（l），则△H=-726.5kJ•mol^-1-（-283.0kJ•mol^-1）=-443.5kJ•mol^-1，
故答案为：CH₃OH（l）+O₂（g）=CO（g）+2 H₂O（l）△H=-443.5kJ•mol^-1；
（3）A、反应速率是反应中某物质的浓度在单位时间内的变化，v（CH₃OH）=$\frac{{n}_{A}}{{t}_{A}}$（mol•L^-1•min^-1），故A正确；
B、根据反应CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）是放热反应可知，升高温度，平衡向逆反应方向移动，该反应在T₁时的平衡常数比T₂时的大，故B正确；
C、升高温度，平衡向逆反应方向移动，反应为放热反应，故C错误；
D、处于A点的反应体系从T₁变到T₂，升高温度，甲醇的物质的量减小，平衡向逆反应方向移动，$\frac{n（{H}_{2}）}{n（C{H}_{3}OH）}$增大，故D错误；
故答案为：AB；
（4）由化学平衡的三段模式法计算可知，
    CO₂ （g）+3H₂（g）=CH₃OH（g）+H₂O（g）
起始 1         2        0        0
变化 a        3a        a        a
平衡 1-a     2-3a       a        a
根据相同条件下气体的压强之比等于物质的量之比，
则容器内的压强与起始压强之比为=（1-a+2-3a+a+a）：（1+2）=（3-2a）：3=1-$\frac{2a}{3}$，
故答案为：1-$\frac{2a}{3}$；

点评 本题考查范围广，考查了平衡移动、平衡计算、热化学方程式书写等知识，掌握基础是关键，题目难中等．