Question

13．能源短缺是人类面临的重大问题．甲醇是一种可再生能源．具有广泛的开发和应用前景．因此甲醇被称为21世纪的新型燃料．
Ⅰ、已知在常温常压下：①H₂O（I）═H₂O（g）△H=+44.0kJ．mol^-1
②2CH₃OH（I）十3O₂（g）═2CO₂（g）+4H₂O（g）△H=-1275.6kJ•mol^-1
写出表示甲醇燃烧热的热化学方程式CH₃OH（g）+$\frac{3}{2}$O₂（g）=CO₂（g）+2H₂O（l）△H=-725.8kJ/mol．
Ⅱ、工业上一般采用下列两种反应合成甲醇：
反应A：CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）△H₁
反应B：CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）△H₂
在体积为2L的合成塔中，充人2mol CO₂和6mol H₂，测得CO₂（g）和CH₃OH（g）的浓度随时间变化及甲醇的物质的量随时间、温度变化如图所示．（T₁、T₂均大于300℃）

（1）则上述CO₂转化为甲醇的反应的△H₁＜0（填“＞”“＜”或“=”）．
（2）从反应开始到平衡（10min），用H₂表示 的反应速率为0.24 mol•L^-1•min^-1；
（3）下列说法正确的是BD．
A．若保持恒温，当容器中n（CH₃OH）：n（H₂O）为1：1时，该反应已达平衡状态
B．若保持恒温，当容器内气体压强恒定时，该反应已达平衡状态
C．若其他条件不变，则平衡常数：K（T₁）＜K （T₂）
D．处于A点的反应体系的温度从T₁变到T₂，达到平衡时$\frac{n（H2）}{n（CH3OH）}$增大
（4）对于反应A，若容器容积不变，下列措施可增加甲醇产率的是AD．
A．增加CO₂的量                   B．升高温度
C．充入He，使体系总压强增大      D．按原比例再充入CO₂和H₂
（5）某温度下，将4mol CO和12mol H₂，充入2L的密闭容器中，充分反应，达到平衡后，测得c（CO）=0.5mol•L^-1，则该温度下该反应的平衡常数为0.33．
（6）在T₁温度时，将1mol CO₂和3mol H₂充入一密闭恒容容器中，充分反应达到平衡后，若CO₂的转化率为A，则容器内的压强与起始压强之比为1-0.5A．

Answer 1

分析 Ⅰ：依据热化学方程式和盖斯定律计算得到，燃烧热是1mol物质完全燃烧生成稳定氧化物放出的热量表示热化学方程式；
Ⅱ、（1）由图T₂＞T₁，而温度越高甲醇的量越少，说明平衡逆向移动，所以逆反应是吸热反应；
（2）根据反应速率v=$\frac{△c}{△t}$计算v（CO₂），再根据速率之比等于化学计量数之比计算v（H₂）；
（3）A、无论反应是否达到平衡状态，n（CH₃OH）：n（H₂O）为1：1；
B、当反应前后改变的物理量不变时，该反应达到平衡状态；
C、根据“先拐先平数值大”判断；
D、升高温度平衡逆向移动，达到平衡时$\frac{n（H2）}{n（CH3OH）}$增大；
（4）化学平衡正向移动可增加甲醇产率，由此分析各项；
（5）根据三行式求平衡时各组分的浓度，然后代入表达式计算；
（6）根据CO₂的转化率求得平衡时各物质的物质的量，压强之比等于物质的量之比，从而求得结论．

解答 解：Ⅰ：①H₂O（l）═H₂O（g）△H=+44.0kJ．mol^-1
②2CH₃OH（l）+3O₂（g）═2CO₂（g）+4H₂O（g）△H=-1275.6kJ•mol^-1
依据盖斯定律②+①×2得到2CH₃OH（g）+3 O₂（g）=2CO₂（g）+4H₂O（l）△H=-1451.6kJ/mol
CH₃OH（g）+$\frac{3}{2}$ O₂（g）=CO₂（g）+2H₂O（l）△H=-725.8kJ/mol，
故答案为：CH₃OH（g）+$\frac{3}{2}$O₂（g）=CO₂（g）+2H₂O（l）△H=-725.8kJ/mol；
Ⅱ、（1）由图T₂＞T₁，而温度越高甲醇的量越少，说明平衡逆向移动，所以逆反应是吸热反应，正反应是放热反应，所以△H₁＜0，故答案为：＜；
（2）从反应开始到平衡，v（CO₂）=$\frac{1mol/L-0.2mol/L}{10min}$=0.08mol•L^-1•min^-1，速率之比等于化学计量数之比，故v（H₂）=3×0.08mol•L^-1•min^-1=0.24 mol•L^-1•min^-1，故答案为：0.24 mol•L^-1•min^-1；
（3）A、若保持恒温，无论该反应是否达到平衡状态，容器中n（CH₃OH）：n（H₂O）始终为1：1，所以不能据此判断平衡状态，故错误；
B、该反应是反应气体体积减小的反应，若保持恒温，当容器内气体压强恒定时，该反应已达平衡状态，故正确；
C、根据“先拐先平数值大”知T₁＜T₂，升高温度，甲醇的物质的量减小，则平衡向逆反应发现移动，所以平衡常数：K（T₁）＞K （T₂），故错误；
D、升高温度平衡逆向移动，达到平衡时$\frac{n（H2）}{n（CH3OH）}$增大，故正确；
故选BD；
（4）A．增加CO₂的量，平衡正向移动，甲醇产率增加，故正确；                   
B．正反应是放热反应，升高温度，平衡逆向移动，甲醇产率减小，故错误；
C．充入He，使体系总压强增大，各组分浓度不变，平衡不移动，甲醇产率不变，故错误；
D．按原比例再充入CO₂和H₂，相当于增大压强，平衡正向移动，甲醇产率增加，故正确；故选AD；
（5）CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）
初起：2mol/L     6mol/L       0
变化：1.5mol•L^-13mol•L^-1 1.5mol•L^-1
平衡：0.5mol•L^-1 3mol•L^-11.5mol•L^-1
所以K=$\frac{1.5}{0.5×{3}^{2}}$=0.33，
故答案为：0.33；     
（6）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        3          0          0
变化    A        3A         A          A
平衡    1-A      3-3A       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+3-3A+A+A）：（1+3）=（2-A）：2=1-0.5A，故答案为：1-0.5A．

点评 本题是一道关于化学平衡状态的判断、化学平衡的移动影响因素，平衡状态的判断方法，要求学生具有分析和解决问题的能力，难度中等．