Question

6．煤的气化在煤化工中占有重要地位，至今仍然是化学工业的重要组成部分．
（1）已知H₂（g）、CO（g）和CH₃OH（l）的燃烧热分别为-285.8kJ•mol^-1、-283.0kJ•mol ^-1和-726.5kJ•mol^-1．请写出甲醇（CH₃OH）不完全燃烧生成一氧化碳和液态水的热化学方程式：CH₃OH（l）+O₂（g）=CO（g）+2 H₂O（l）△H=-443.5kJ•mol^-1．
（2）工业上一般在恒容密闭容器中可以采用下列反应合成甲醇：CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）△H．下表所列数据是该反应在不同温度下的化学平衡常数（K）．

温度	250℃	300℃	350℃
K	2.041	0.270	0.012

①由表中数据判断△H＜0 （填“＞”、“=”或“＜”）；
②某温度下，将2mol CO和6mol H₂充入2L的密闭容器中，充分反应后，5min达到平衡时测得c（CO）=0.2mol•L^-1，此时的温度为250℃，则反应速率v（H₂）=0.32 mol•L^-1•min^-1．
（3）T℃时，在时间t₀时刻，合成甲醇反应达到平衡，若在t₁时刻将容器的体积缩小一倍，假定在t₂时刻后又达到新的平衡，请在图中用曲线表示在t₁～t₂阶段氢气、甲醇物质的量浓度随时间变化的趋势示意图（其它条件不变，曲线上必须标明氢气、甲醇）．

Answer 1

分析 （1）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；
（2）①升高温度，可逆反应向吸热反应方向移动，根据平衡常数与温度变化关系确定焓变；
②根据平衡浓度计算出平衡常数来确定温度；根据v=$\frac{△c}{△t}$计算反应速率；
（3）若在t₁时刻将容器的体积缩小一倍，相当于增大压强，各组分的浓度立即增加原来的一倍，然后是平衡开始正向移动．

解答 解：（1）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；
（2）①升高温度，平衡向吸热方向移动，根据表格知，温度越高，化学平衡常数越小，说明平衡向逆反应方向移动，所以正反应是放热反应，即△H＜0，
故答案为：＜；
②CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）单位为mol/L
反应开始 1mol/L      3mol/L       0
反应 0.8mol/L       1.6mol/L    0.8mol/L
平衡 0.2mol/L    1.4mol/L       0.8mol/L
平衡常数K=$\frac{0.8}{0.2×1．{4}^{2}}$=2.04，所以是250℃；反应速率v（H₂）=$\frac{1.6mol/L}{5min}$=0.32 mol•L^-1•min^-1，故答案为：250℃；0.32 mol•L^-1•min^-1；

（3）若在t₁时刻将容器的体积缩小一倍，相当于增大压强，各组分的浓度立即增加原来的一倍，然后是平衡开始正向移动，至新平衡，图示如下：
假定在t₂时刻后又达到新的平衡；
故答案为：假定在t₂时刻后又达到新的平衡．

点评 本题考查了影响化学平衡移动的因素、速率的计算、热化学方程式盖斯定律应用等知识点，综合性强，难度大．