题目内容
科学家利用太阳能分解水生成的氢气在催化剂作用下与二氧化碳反应生成甲醇，并开发出直接以甲醇为燃料的燃料电池．已知H2（g）、CO（g）和CH3OH（l）的燃烧热△H分别为-285.8kJ?mol-1、-283.0kJ?mol-1和-726.5kJ?mol-1．请回答下列问题：
（1）用太阳能分解5mol水消耗的能量是______kJ；
（2）甲醇不完全燃烧生成一氧化碳和液态水的热化学方程式为______；
（3）在容积为2L的密闭容器中，由CO2和H2合成甲醇，在其他条件不变得情况下，考察温度对反应的影响，实验结果如图所示（注：T1、T2均大于300℃）；
下列说法正确的是______（填序号）
①度为T1时，从反应开始到平衡，生成甲醇的平均速率为：v（CH3OH）=
mol?L-1?min-1②该反应为放热反应
③该反应在T1时的平衡常数比T2时的小
④处于A点的反应体系从T1变到T2，达到平衡时
增大（4）在T1温度时，将1molCO2和3molH2充入一密闭恒容容器中，充分反应达到平衡后，若CO2转化率为a，则容器内的压强与起始压强之比为______．
【答案】分析：（1）根据氢气的燃烧热可知水分解吸收的能量，然后利用化学计量数与反应热的关系来计算；
（2）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；
（3）根据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）根据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．
解答：解：（1）由H2（g）的燃烧热△H为-285.8kJ?mol-1知，1molH2（g）完全燃烧生成1molH2O（l）放出热量285.8kJ，
即分解1mol H2O（l）为1mol H2（g）消耗的能量为285.8kJ，则分解5mol H2O（l）消耗的能量为285.8kJ×5=1429kJ，
故答案为：1429；
（2）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）+
O2（g）=CO2（g）△H=-283.0kJ?mol-1
②CH3OH（l）+
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；
（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，则说明可逆反应CO2+3H2?CH3OH+H2O向逆反应方向移动，故正反应为放热反应，则T1时的平衡常数比T2时的大；
①v（CH3OH）=
=
mol/L?min，故①错误；
②依据图象分析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，则说明可逆反应CO2+3H2?CH3OH+H2O向逆反应方向移动，故正反应为放热反应，故②正确；
③正反应为放热反应，根据题给图象分析可知，T2先达到平衡则T2＞T1，升高温度，平衡向逆反应方向移动，该反应在T1时的平衡常数比T2时的大，故③错误；
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
增大，故④正确；
故答案为：②④；
（4）由化学平衡的三段模式法计算可知，
CO2 （g）+3H2（g）=CH3OH（g）+H2O（g）
起始 1 3 0 0
变化 a 3a a a
平衡 1-a 3-3a a a
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为=（1-a+3-3a+a+a）：（1+3）=（2-a）：2，
故答案为：（2-a）：2．
点评：本题主要考查了燃烧热计算、盖斯定律、热化学反应方程式、反应速率、化学平衡等重要知识，难度中等，注意对基础知识的理解掌握．
（2）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；
（3）根据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）根据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．
解答：解：（1）由H2（g）的燃烧热△H为-285.8kJ?mol-1知，1molH2（g）完全燃烧生成1molH2O（l）放出热量285.8kJ，
即分解1mol H2O（l）为1mol H2（g）消耗的能量为285.8kJ，则分解5mol H2O（l）消耗的能量为285.8kJ×5=1429kJ，
故答案为：1429；
（2）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）+
O2（g）=CO2（g）△H=-283.0kJ?mol-1 ②CH3OH（l）+
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；
（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，则说明可逆反应CO2+3H2?CH3OH+H2O向逆反应方向移动，故正反应为放热反应，则T1时的平衡常数比T2时的大；
①v（CH3OH）=
=
mol/L?min，故①错误；②依据图象分析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，则说明可逆反应CO2+3H2?CH3OH+H2O向逆反应方向移动，故正反应为放热反应，故②正确；
③正反应为放热反应，根据题给图象分析可知，T2先达到平衡则T2＞T1，升高温度，平衡向逆反应方向移动，该反应在T1时的平衡常数比T2时的大，故③错误；
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
增大，故④正确；故答案为：②④；
（4）由化学平衡的三段模式法计算可知，
CO2 （g）+3H2（g）=CH3OH（g）+H2O（g）
起始 1 3 0 0
变化 a 3a a a
平衡 1-a 3-3a a a
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为=（1-a+3-3a+a+a）：（1+3）=（2-a）：2，
故答案为：（2-a）：2．
点评：本题主要考查了燃烧热计算、盖斯定律、热化学反应方程式、反应速率、化学平衡等重要知识，难度中等，注意对基础知识的理解掌握．
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轻松课堂单元期中期末专题冲刺100分系列答案
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