Question

7．已知25℃、101kpa时，一些物质的燃烧热为：

化学式	CO（g）	H2（g）	CH3OH（l）	CH4（g）
△H/（kJ/mol）	-283.0	-285.8	-726.5	-890.3

请回答下列问题．
（1）写出该条件下CH₃OH（l）完全燃烧的热化学方程式：CH₃OH（l）+$\frac{3}{2}$O₂（g）═CO₂（g）+2H₂O（l）△H=-726.5KJ•mol^-1．
（2）根据盖斯定律完成下列反应的热化学方程式：CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（l）；△H=-128.1KJ•mol^-1．
（3）工业上利用水煤气合成甲醇的主要反应可表示为0.5CO（g）+H₂（g）?0.5CH₃OH（g）△H=-45.4kJ•mol^-1．向容积为1L的密闭容器中加入0.10mol H₂和0.05mol CO，在一定温度下发生上述反应，10min后反应达到平衡状态，测得放出热量3.632kJ．
①相同温度条件下，上述反应的化学平衡常数K=100．
②若容器容积不变，下列措施可增加CH₃OH产率的是BD（填写序号）．
A．升高温度
B．将CH₃OH（g）从体系中分离
C．充入He，使体系总压强增大
D．再充入0.10mol H₂和0.05molCO
E．加入催化剂
③反应达到平衡后，保持其他条件不变，若只把容器的体积缩小一半，平衡将正向（选填“逆向”“正向”或“不”）移动，化学平衡常数K不变（选填“增大”“减小”或“不变”）．
④温度、容积相同的甲、乙两个密闭容器，若甲中加入1molCO和2mol H₂，乙中加入1mol CH₃OH（g），反应达到平衡时甲放出的热量为Q₁kJ，乙吸收的热量为Q₂ kJ，反应物的转化率分别为a₁、a₂．则Q₁+Q₂=90.8；a₁+a₂=1．

Answer 1

分析 （1）根据燃烧热的定义：在25℃、101kPa时，1mol可燃物完全燃烧生成稳定的氧化物时放出的热量．S转化为SO₂，C转化为二氧化碳，H转化为液态水．故可以得出CH₃OH完全燃烧的热化学方程式；
（2）分别写出CO、H₂、CH₃OH热化学方程式后，根据盖斯定律就可得出要求的热化学方程式及反应热；
（3）①利用三段式来解题；
②据化学平衡移动原理，增加甲醇产率，即使化学平衡正向移动即可；
③根据压强对化学平衡的影响分析；根据影响化学平衡常数的因素分析；
④CO的转化率为α₁，则平衡时CO的物质的量为（1-α₁）mol，乙中平衡时甲醇的转化率为α₂，乙中平衡时CO的物质的量为α₂mol，甲与乙是完全等效平衡，平衡时对应各组分的含量完全相同；令平衡时CO的物质的量为nmol，CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）的反应热△H=-QkJ/mol，则Q₁=（1-n）Q、Q₂=nQ，整理得Q=Q₁+Q₂．

解答 解：（1）燃烧热的概念：在25℃、101kPa时，1mol可燃物完全燃烧生成稳定的氧化物时放出的热量．此时S应转化为SO₂，C应转化为二氧化碳，H应转化为液态水，
故△H═-726.5 kJ•mol^-1指的是1molCH₃OH（l）完全燃烧生成二氧化碳和液态水时的反应热，故CH₃OH（l）完全燃烧的热化学方程式：CH₃OH（l）+$\frac{3}{2}$O₂（g）═CO₂（g）+2H₂O（l）△H=-726.5KJ•mol^-1
故答案为：CH₃OH（l）+$\frac{3}{2}$O₂（g）═CO₂（g）+2H₂O（l）△H=-726.5KJ•mol^-1；
（2）CO燃烧的热化学方程式：CO（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）═CO₂（g）△H=-283.0 kJ•mol^-1 ①
H₂燃烧的热化学方程式：2H₂（g）+O₂（g）═2H₂O（l）△H=-285.8×2 kJ•mol^-1 ②
CH₃OH燃烧的热化学方程式：CH₃OH（l）+$\frac{1}{2}$O₂（g）═CO₂（g）+2H₂O（l）△H=-726.5 kJ•mol^-1 ③
将①+②+（-③）可得：CO（g）+2H₂（g）═CH₃OH（l）△H=-128.1KJ•mol^-1
故答案为：-128.1KJ•mol^-1；
（3）①根据热化学方程式：H₂（g）+$\frac{1}{2}$CO（g）?$\frac{1}{2}$CH₃OH（g）△H=-45kJ•mol^-1 可知，当反应掉1mol氢气时，放热45KJ，故当放出热量3.632kJ时，反应掉的氢气为0.08mol，根据三段式：
                     H₂（g）+$\frac{1}{2}$CO（g）?$\frac{1}{2}$CH₃OH（g）
初始C（mol/L）：0.10mol/L     0.05mol/L       0
△C（mol/L）：0.08mol/L      0.04mol/L      0.04mol/L
平衡C（mol/L）：0.02mol/L      0.01mol/L      0.04mol/L
根据化学平衡常数K=$\frac{\sqrt{c（C{H}_{3}OH）}}{c（{H}_{2}）\sqrt{c（CO）}}$=$\frac{\sqrt{0.04mol/L}}{0.02mol/L×\sqrt{0.01mol/L}}$=100，故答案为：100；
②A．该反应是放热的，升高温度，平衡逆向进行，会减小甲醇产率，故A错误；
B．将CH₃OH（g）从体系中分离，会促使平衡正向移动，提高甲醇的产率，故B正确；
C．充入He，使体系总压强增大，体积不变，各组分浓度不变，所以平衡不会移动，不会改变甲醇产率，故C错误；
D．再充入0.05mol CO和0.1molH₂，增大压强，平衡右移，有利提高甲醇的产率，故D正确；
E．加入催化剂，改变反应速率，但不改变平衡的移动，不改变甲醇产率，故E错误；故选BD，
故答案为：BD；
③该反应是气体体积减小的反应，把容器的体积缩小一半，增大了反应体系的压强，增大压强，平衡向气体体积减小的方向移动，即向正反应方向移动；化学平衡常数只与温度有关，温度不变，平衡常数不变，
故答案为；正向；不变；
④甲与乙是完全等效平衡，平衡时对应各组分的含量完全相同，CO的转化率为α₁，则平衡时CO的物质的量为（1-α₁）mol，乙中平衡时甲醇的转化率为α₂，乙中平衡时CO的物质的量为α₂mol，故（1-α₁）=α₂，整理得α₁+α₂=1；
令平衡时CO的物质的量为nmol，CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）的反应热△H=-QkJ/mol，则Q₁=（1-n）Q、Q₂=nQ，整理得Q=Q₁+Q₂，故1mol CH₃OH，则放出（Q₁+Q₂）kJ=45.4kJ×2=90.8kJ，
故答案为：90.8；1．

点评 本题考查了燃烧热的概念与盖斯定律、热化学方程式的书写、化学平衡常数的计算及应用、及等效平衡的应用，综合考查，难点较大，重视基础是解题关键．