Question

4．能源问题是人类社会面临的重大课题．甲醇是未来重要的绿色能源之一．
（1）已知：在25℃、101kPa下，1g甲醇燃烧生成CO₂和液态水时放热22.7kJ．请写出甲醇燃烧的热化学方程式CH₃OH（l）+$\frac{3}{2}$O₂（g）═CO₂（g）+2H₂O（l）△H=-726.4kJ/mol．
（2）由CO₂和H₂合成甲醇的化学方程式为：
CO₂（g）+3H₂（g）＜“m“：math dsi：zoomscale=150 dsi：_mathzoomed=1＞?加热催化剂＜“m“：math dsi：zoomscale=150 dsi：_mathzoomed=1＞?加热催化剂$?_{加热}^{催化剂}$CH₃OH（g）+H₂O（g）．在其他条件不变的情况下，实验测得温度对反应的影响如下图所示（注：T₁、T₂均大于300℃）．

①关于该反应的下列说法中，正确的是C
A．△H＞0，△S＞0         B．△H＞0，△S＜0
C．△H＜0，△S＜0         D．△H＜0，△S＞0
②温度为T₂时的平衡常数＜（填“＞”“＜”或“=”）温度为T₁时的平衡常数．
③在T₁温度下，将1molCO₂和1molH₂充入一密闭恒容容器中，充分反应达到平衡后，若CO₂转化率为a，则容器内的压强与起始压强的比值为1-α．
（3）运用化学反应原理知识研究如何利用CO、SO₂等污染物有重要意义．
CO可以合成甲醇．已知：
CH₃OH（g）+$\frac{3}{2}$O₂（g）═CO₂（g）+2H₂O（l）△H=-764.5kJ•mol^-1
CO（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）═CO₂（g）△H=-283.0kJ•mol^-1
H₂（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）═H₂O（l）△H=-285.8kJ•mol^-1
则CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）△H=-90.1kJ•mol^-1．

Answer 1

分析 （1）1g甲醇燃烧生成CO₂和液态水时放热22.7kJ，1g甲醇的物质的量为$\frac{1g}{32g/mol}$=$\frac{1}{32}mol$，则1mol甲醇燃烧放出的热量为22.7×32=726.4kJ，据此写出甲醇燃烧的热化学方程式；
（2）①CO₂和H₂合成甲醇的化学方程式为CO₂（g）+3H₂（g）$?_{加热}^{催化剂}$CH₃OH（g）+H₂O（g），随着反应的进行，气体数减少，体系混乱度降低，根据图象分析反应的焓变情况，据此判断；
②T₂温度下，根据图象，平衡时甲醇的量比T₁温度下的少，可见T₂温度下，正反应的趋势比T₁温度下的正反应趋势小，据此比较平衡常数的大小；
③在T₁温度下，将1molCO₂和1molH₂充入一密闭恒容容器中，充分反应达到平衡后，根据理想气体状态方程和化学反应方程式计算；
（3）所求反应方程式可由已知热化学反应方程式推导，根据盖斯定律计算所求反应的焓变．

解答 解：（1）1g甲醇燃烧生成CO₂和液态水时放热22.7kJ，1g甲醇的物质的量为$\frac{1g}{32g/mol}$=$\frac{1}{32}mol$，则1mol甲醇燃烧放出的热量为22.7×32=726.4kJ，则甲醇燃烧的热化学方程式为：CH₃OH（l）+$\frac{3}{2}$O₂（g）═CO₂（g）+2H₂O△H=-726.4kJ/mol，
故答案为：CH₃OH（l）+$\frac{3}{2}$O₂（g）═CO₂（g）+2H₂O（l）△H=-726.4kJ/mol；
（2）①CO₂和H₂合成甲醇的化学方程式为CO₂（g）+3H₂（g）$?_{加热}^{催化剂}$CH₃OH（g）+H₂O（g），随着反应的进行，气体数减少，体系混乱度降低，所以反应的熵变△S＜0，根据图象，T₂温度下比T₁温度下反应先达到化学平衡，则温度T₂＞T₁，温度升高，平衡时甲醇的含量降低，则化学平衡向逆反应方向移动，因此表现为温度升高不利于正反应进行，则反应是放热反应，焓变△H＜0，
故选C；
②T₂温度下，根据图象，平衡时甲醇的量比T₁温度下的少，可见T₂温度下，正反应的趋势比T₁温度下的正反应趋势小，则平衡常数温度为T₂时的平衡常数＜温度为T₁时的平衡常数，
故答案为：＜；
③在T₁温度下，将1molCO₂和1molH₂充入一密闭恒容容器中，充分反应达到平衡后，若CO₂转化率为α，根据反应方程式，平衡时，n（CO₂）=1-α，n（H₂）=1-3α，n（CH₃OH）=α，n（H₂O）=α，根据理想气体状态方程，pV=nRT，在恒容密闭容器中，体系的压强和体系中的物质的物质的量成正比，则容器内的压强与起始压强的比值就是起始时的气体的总物质的量和平衡时气体的总物质的量之比，为$\frac{1-a+1-3α+α+α}{1+1}$=$\frac{2-2α}{2}$=1-α，
故答案为：1-α；
（3）已知：①CH₃OH（g）+$\frac{3}{2}$O₂（g）═CO₂（g）+2H₂O（l）△H₁=-764.5kJ/mol，
                  ②2CO（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）═2CO₂（g）△H₂=-283.0kJ/mol，
                  ③H₂（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）═H₂O（l）△H₃=-285.8kJ/mol，
所求反应为CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g），该反应可由③×2+②-①得到，根据盖斯定律，该反应的焓变为△H=2△H₃+△H₂-△H₁=2×（-285.8）+（-283.0）-（-764.5）=-90.1kJ/mol，
故答案为：-90.1．

点评 本题主要考察化学原理知识，包含热化学方程式的书写，盖斯定律的应用，化学平衡的移动，化学平衡的计算，涉及的知识点较多，题目难度中等．