Question

3．甲醇是一种可再生能源，具有开发和应用的广阔前景，研究甲醇具有重要意义．
（1）工业上可用C0₂和H₂制取甲醇，已知下列反应的能量变化图：
则由二氧化碳和氢气制备甲醇的热化学方程式为CO₂（g）+3H₂（g）=CH₃OH（l）+H₂O（l）△H=-50KJ/mol．
（2）某化学研究性学习小组模拟用CO和H₂合成甲醇，其反应为：CO（g）+2H₂（g）
CH₃0H（g）△H＜O．在容积固定为2L的密闭容器内充人1mol CO和2mol H₂，加入合适的催化剂（体积可以忽略不计）、保持250℃不变发生上述反应，用压力计监测容器内压强的变化如下：

反应时间/min	O	5	10	15	20	25
压强/MPa	12.6	10.8	9.5	8.7	8.4	8.4

则反应从开始到20min时，以CO浓度变化表示的平均反应速率V（CO）=0.0125mol/（L•min），该温度下平衡常数K=4，若升高温度则K值减小（填增大、减小或不变）．

Answer 1

分析 （1）图象分析书写热化学方程式为：①CO（g）+H₂O（g）=CO₂（g）+H₂（g）△H=-41KJ/mol，②CO（g）+2H₂（g）=CH₃OH（l）△H=-91KJ/mol；依据盖斯定律②-①计算得到；
（2）通过（1）写出的热化学方程式可知反应是气体体积减小的放热反应，当减小到20min时反应达到平衡状态，依据反应速率概念V=$\frac{△c}{△t}$计算速率，平衡常数是利用平衡状态下生成物浓度幂次方乘积除以反应物浓度的幂次方乘积得到；对于放热反应，温度升高，化学平衡常数会减小．

解答 解：（1）图象分析书写热化学方程式为：①CO（g）+H₂O（g）=CO₂（g）+H₂（g）△H=-41KJ/mol，②CO（g）+2H₂（g）=CH₃OH（l）△H=-91KJ/mol；依据盖斯定律②-①得到：CO₂（g）+3H₂（g）=CH₃OH（l）+H₂O（l）△H=-50KJ/mol，
故答案为：CO₂（g）+3H₂（g）=CH₃OH（l）+H₂O（l）△H=-50KJ/mol；
（2）从反应开始到20min时，设CO的浓度变化量是x，
              CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）
初始浓度（mol/L）：0.5 1 　　　　 0
变化浓度（mol/L）：x 2x 　　　　 x
平衡浓度（mol/L）：0.5-x 1-2x 　　　　 x
根据反应前后压强之比等于物质的量之比，则$\frac{3}{3-4x}$=$\frac{12.6}{8.4}$，解得x=0.25mol/L，
从反应开始到20min时，以CO表示的平均反应速率v=$\frac{△c}{△t}$=$\frac{0.25mol/L}{20min}$=0.0125mol/（L•min），
平衡常数K=$\frac{c（CH{\;}_{3}OH）}{c（CO）c{\;}^{2}（H{\;}_{2}）}$=$\frac{0.25mol/L}{0.25mol/L×（0.5mol/L）{\;}^{2}}$=4，
对于该放热反应，温度升高，化学平衡常数会减小；根据△G=△H-T△S可知，该反应为熵减的反应，所以T值越小，△G＜0的可能性就越大，所以要反应自发进行，最好要在低温下，
故答案为：0.0125mol/（L•min）；4；减小．

点评 本题涉及盖斯定律的应用、化学反应速率和平衡常数的计算及化学平衡移动的有关知识，综合性强，有一定的难度．