Question

5．科学家利用太阳能分解水生成的氢气在催化剂作用下与二氧化碳反应生成甲醇，并开发出直接以甲醇为燃料的燃料电池．请回答下列问题：
（1）已知：①CH₃OH（g）+H₂O（g）=CO₂（g）+3H₂（g）△H=+49.0kJ/mol②CH₃OH（g）+3/2O₂（g）=CO₂（g）+2H₂O（g）△H=-192.9kJ/mol．由上述方程式可知，CH₃OH（g）的燃烧热大于（填“大于”、“等于”或小于”）192.9kJ/mol．已知水的气化热为44kJ/mol，则表示氢气燃烧热的热化学方程式为H₂（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）=H₂O（l）△H=-124.6kJ/mol．
（2）在容积为2L的密闭容器中，由CO₂和H₂合成甲醇，在其他条件不变的情况下，温度对反应的影响，实验结果如图所示（注：T₁、T₂均大于300℃），该反应为放热反应（填“放热”或“吸热”）；在T₁温度时，将1mol CO₂和3mol H₂充入一密闭恒容器中，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之比为（2-a）：2．

Answer 1

分析 （1）气态水的能量比较液态水的能量高；
已知：①CH₃OH（g）+H₂O（g）=CO₂（g）+3H₂（g）△H=+49.0kJ/mol
②CH₃OH（g）+$\frac{3}{2}$O₂（g）=CO₂（g）+2H₂O（g）△H=-192.9kJ/mol．
水的气化热为44kJ/mol，可得：
③H₂O（l）=H₂O（g）△H=+44kJ/mol
根据盖斯定律，（②-①÷3）-③可得：H₂（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）=H₂O（l）；
（2）温度T₂先达到平衡，则温度T₂＞T₁，又温度高时平衡状态CH₃OH的物质的量少，则说明升高温度，可逆反应CO₂+3H₂?CH₃OH+H₂O向逆反应方向移动；
CO₂转化率为a，转化的二氧化碳为amol，则：
          CO₂ （g）+3H₂（g）=CH₃OH（g）+H₂O（g）
起始（mol）：1        3        0         0
变化（mol）：a        3a       a         a
平衡（mol）：1-a      3-3a     a         a
相同条件下，气体的压强之比等于物质的量之比．

解答 解：（1）表示甲醇燃烧热，应是去mol甲醇燃烧生成二氧化碳与液态水，由于气态水的能量比较液态水的能量高，故生成液态水放出的热量更多，故CH₃OH（g）的燃烧热大于192.9kJ/mol，
已知：①CH₃OH（g）+H₂O（g）=CO₂（g）+3H₂（g）△H=+49.0kJ/mol
②CH₃OH（g）+$\frac{3}{2}$O₂（g）=CO₂（g）+2H₂O（g）△H=-192.9kJ/mol．
水的气化热为44kJ/mol，可得：
③H₂O（l）=H₂O（g）△H=+44kJ/mol
根据盖斯定律，（②-①÷3）-③可得：H₂（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）=H₂O（l）△H=-124.6kJ/mol，
故答案为：大于；H₂（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）=H₂O（l）△H=-124.6kJ/mol；
（2）温度T₂先达到平衡，则温度T₂＞T₁，又温度高时平衡状态CH₃OH的物质的量少，则说明升高温度，可逆反应CO₂+3H₂?CH₃OH+H₂O向逆反应方向移动，故正反应为放热反应；
CO₂转化率为a，转化的二氧化碳为amol，则：
          CO₂ （g）+3H₂（g）=CH₃OH（g）+H₂O（g）
起始（mol）：1         3       0        0
变化（mol）：a         3a      a        a
平衡（mol）：1-a       3-3a    a        a
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，
故答案为：放热；（2-a）：2．

点评 本题主要考查了燃烧热、盖斯定律应用、化学平衡图象、化学平衡计算等，难度中等，注意对基础知识的理解掌握．