Question

20．甲醇是重要的化工原料．利用合成气（主要成分为CO、CO₂和H₂）在催化剂的作用下
合成甲醇，发生的主要反应如下：
①CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）△H₁
②CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）△H₂=-58kJ/mol
③CO₂（g）+H₂（g）?CO（g）+H₂O（g）△H₃=+41kJ/mol
回答下列问题：
（1）CO₂的电子式是．
（2）△H₁=+41kJ/mol，①反应正向的熵变△S＜0（填＞、＜或=）．
（3）在容积为2L的密闭容器中，充入一定量CO₂和H₂合成甲醇（上述②反应），在其他条件不变时，温度T₁、T₂对反应的影响图象如图，下列说法正确的是③④（填序号）
①温度为T₁时，从反应到平衡，生成甲醇的平均速率为：v（CH₃OH）=$\frac{{n}_{A}}{{t}_{A}}$mol/（L•min）
②当v（CH₃OH）=v（H₂O）时，说明反应达到平衡
③混合气体的平均相对分子质量A点大于B点
④处于A点的反应体系从T₁变到T₂，达到平衡时n（H₂）与n（CH₃OH）比值增大
（4）在T₁温度时，将2molCO₂和6molH₂充入2L密闭容器中，充分反应（上述②反应）达到平衡后，若CO₂转化率为50%，则容器内的压强与起始压强之比为$\frac{3}{4}$；T₁温度，反应CH₃OH（g）+H₂O（g）?CO₂（g）+3H₂（g）的平衡常数数值为0.15．

Answer 1

分析 （1）二氧化碳中C原子和O原子间为双键，CO₂是共价化合物，其结构式为O=C=O，碳原子和氧原子之间有2对电子；
（2）由盖斯定律可知，将②-①可得反应③，反应前后气体体积减小，则反应熵变小于0；
（3）结合图象中甲醇的变化来计算反应速率，并利用图象中时间与速率的关系来分析T₁、T₂，再利用影响平衡的因素来分析解答；
（4）化学平衡的三段法计算平衡时各物质的物质的量，再利用反应前后气体的物质的量之比等于压强之比来解答；K=$\frac{生成物平衡浓度幂次方乘积}{反应物平衡浓度幂次方乘积}$；

解答 解：（1）二氧化碳中C原子和O原子间为双键，CO₂是共价化合物，其结构式为O=C=O，碳原子和氧原子之间有2对电子，其电子式为，
故答案为：；
（2）已知反应：①CO（g）+2H₂（g）═CH₃OH（g）△H₁=-99kJ．mol^-1，
②CO₂（g）+3H₂（g）═CH₃OH（g）+H₂O（g）△H₂=-58kJ．mol^-1
根据盖斯定律可知，将②-①可得反应③，故△H₃=（-58kJ．mol^-1）-（-99kJ．mol^-1）=+41KJ/mol，
①反应正向是气体体积减小的反应，反应的熵变△S＜0，
故答案为：+41；＜；
（3）根据题给图象分析可知，T₂先达到平衡则T₂＞T₁，由温度升高反应速率增大可知T₂的反应速率大于T₁，又温度高时平衡状态CH₃OH的物质的量少，CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）△H₂=-58kJ/mol，反应为放热反应，则升温说明可逆反应CO₂+3H₂?CH₃OH+H₂O向逆反应方向移动，
①v（CH₃OH）=$\frac{\frac{{n}_{A}}{2l}}{{t}_{A}}$=$\frac{{n}_{A}}{2{t}_{A}}$mol/L•min，故①错误；
②当v（CH₃OH）=v（H₂O）时，不能证明反应正逆反应速率相同，不能说明反应达到平衡，故②错误；
③混合气体质量不变，B点温度越高平衡逆向进行，气体物质的量增大，则气体的平均相对分子质量A点大于B点，故③正确；
④处于A点的反应体系从T₁变到T₂，升高温度，平衡向逆反应方向移动，达到平衡时，氢气物质的量增大、甲醇的物质的量减小，故$\frac{n（{H}_{2}）}{n（C{H}_{3}OH）}$增大，故④正确；
故答案为：③④；
（4）由化学平衡的三段模式法计算可知，容器体积为2L，
                       CO₂（g）+3H₂（g）=CH₃OH（g）+H₂O（g）
起始（mol/L）     1             3             0                    0
变化（mol/L）  1×50%        1.5          0.5                 0.5
平衡（mol/L）   0.5           1.5             0.5                0.5
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=$\frac{0.5+1.5+0.5+0.5}{1+3}$=$\frac{3}{4}$，
平衡常数K=$\frac{0.5×0.5}{0.5×1．{5}^{3}}$=$\frac{4}{27}$=0.15
故答案为：$\frac{3}{4}$；0.15；

点评 本题综合性较强，考查知识点较多，注重了对高考热点的考查，学生应熟悉盖斯定律、热化学反应方程式、反应速率、化学平衡、原电池、图象分析判断等重要知识来解答，题目难度中等．