Question

13．由于温室效应和资源短缺等问题，如何降低大气中的CO₂含量并加以开发利用，引起了各国的普遍重视．目前工业上有一种方法是用CO₂生产燃料甲醇．一定条件下发生反应：CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g），如图表示该反应进行过程中能量（单位为kJ•mol^-1）的变化．
（1）关于该反应的下列说法中，其△H小于0．（填“大于”、“小于”或“等于”），且在较低（填“较高”或“较低”）温度下有利于该反应自发进行．
（2）该反应平衡常数K的表达式为$\frac{c（C{H}_{3}OH）c（{H}_{2}O）}{c（C{O}_{2}）{c}^{3}（{H}_{2}）}$．
（3）温度降低，平衡常数K增大（填“增大”、“不变”或“减小”）．
（4）若为两个容积相同的密闭容器，现向甲容器中
充入1mol CO₂（g）和3molH₂（g），乙容器中充入1mol CH₃OH（g）和1mol H₂O（g），在相同
的温度下进行反应，达到平衡时，甲容器内n（CH₃OH）等于乙容器内n（CH₃OH）（填“大于”“小于”或“等于”）．
（5）已知：CO（g）+2H₂（g）=CH₃OH （g）△H=-116kJ•mol^-1；
CO（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）=CO₂（g）△H=-283kJ•mol^-1；
H₂ （g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）=H₂O（g）△H=-242kJ•mol^-1；
写出CH₃OH燃烧生成CO₂和水蒸气的热化学方程式2CH₃OH（g）+3O₂（g）═2CO₂（g）+4H₂O（g）△H=-1302kJ/mol．

Answer 1

分析 （1）图象可知反应物能量高于生成物，反应为放热反应，反应熵变△S＜0，依据反应自发进行的判断依据，△H-T△S＜0分析温度；
（2）平衡常数K=$\frac{生成物平衡浓度幂次方乘积}{反应物平衡浓度幂次方乘积}$；
（3）反应是放热反应，温度降低平衡正向进行；
（4）若为两个容积相同的密闭容器，现向甲容器中充入1mol CO₂（g）和3molH₂（g），乙容器中充入1mol CH₃OH（g）和1mol H₂O（g），在相同
的温度下进行反应，达到相同平衡；
（5）依据热化学方程式和盖斯定律计算得到CH₃OH燃烧生成CO₂和水蒸气的热化学方程式；

解答 解：（1）CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g），图象可知反应物能量高于生成物，反应为放热反应，反应熵变△S＜0，依据反应自发进行的判断依据，△H-T△S＜0分析温度在较低温下蒸发进行，
故答案为：小于，较低；
（2）CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g），平衡常数K=$\frac{生成物平衡浓度幂次方乘积}{反应物平衡浓度幂次方乘积}$=$\frac{c（C{H}_{3}OH）c（{H}_{2}O）}{c（C{O}_{2}）{c}^{3}（{H}_{2}）}$，
故答案为：$\frac{c（C{H}_{3}OH）c（{H}_{2}O）}{c（C{O}_{2}）{c}^{3}（{H}_{2}）}$；
（3）CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g），△H＜0，反应是放热反应，降低温度平衡正向进行，平衡常数增大，
故答案为：增大；
（4）若为两个容积相同的密闭容器，现向甲容器中充入1mol CO₂（g）和3molH₂（g），乙容器中充入1mol CH₃OH（g）和1mol H₂O（g），相当于加入1mol CO₂（g）和3molH₂（g），在相同的温度下进行反应，达到相同平衡，甲容器内n（CH₃OH）等于乙容器内n（CH₃OH），
故答案为：等于；
（5）①CO（g）+2H₂（g）=CH₃OH （g）△H=-116kJ•mol^-1；
②CO（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）=CO₂（g）△H=-283kJ•mol^-1；
③H₂ （g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）=H₂O（g）△H=-242kJ•mol^-1；
依据盖斯定律计算（③×2+②-①）×2CH₃OH燃烧生成CO₂和水蒸气的热化学方程式2CH₃OH（g）+3O₂（g）═2CO₂（g）+4H₂O（g）△H=-1302kJ/mol，
故答案为：2CH₃OH（g）+3O₂（g）═2CO₂（g）+4H₂O（g）△H=-1302kJ/mol；

点评 本题考查了影响反应速率的因素、化学平衡状态的判断、热化学方程式书写，题目难度中等．