Question

1．煤的气化在煤化工业中占有重要地位，至今仍然是化学工业的重要组成部分．
（1）已知H₂（g）、CO（g）和CH₃OH（l）的燃烧热分别为-285.8kJ/mol、-283.0kJ/mol和-726.5kJ/mol．请写出甲醇（CH₃OH）不完全燃烧生成一氧化碳和液态水的热化学方程式：CH₃OH（l）+O₂（g）=CO（g）+2 H₂O（l）△H=-443.5kJ•mol^-1．
（2）工业上一般在恒容密闭容器中采用下列反应合成甲醇：CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）△H．下表所列数据是该反应在不同温度下的化学平衡常数（K）

温度/℃	250	300	350
K/L2•mol-2	2.041	0.270	0.012

①由表中数据判断△H＜0（填“＞”、“=”或“＜”）
②某温度下，将2mol CO和6mol H₂充入2L的密闭容器中，充分反应后，4min达到平衡时测得c（CO）=0.2mol/L，此时的温度为250℃，则反应速率v（H₂）=0.4 mol•L^-1•min^-1．
（3）T℃时，在t₀时刻，合成甲醇反应CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）达到平衡，若在t₁时刻将容器的体积缩小为原来的$\frac{1}{2}$，在t₂时刻又达到新的平衡，请在图中用曲线表示t₁～t₂时间段氢气、甲醇物质的量浓度随时间变化的趋势示意图（其他条件不变，曲线上必须标明氢气、甲醇）．

Answer 1

分析 （1）燃烧热是1mol可燃物完全燃烧生成稳定氧化物时放出的热量，根据燃烧热的概念分别写出CO、甲醇燃烧的热化学方程式，然后利用盖斯定律写出甲醇不完全燃烧生成CO和液态水的热化学方程式；
（2）①升高温度，可逆反应向吸热反应方向移动，根据平衡常数与温度变化关系确定焓变；
②根据平衡浓度计算出平衡常数来确定温度；根据v=$\frac{△c}{△t}$计算反应速率；
（3）若在t₁时刻将容器的体积缩小一倍，相当于增大压强，各组分的浓度立即增加原来的一倍，然后是平衡开始正向移动．

解答 解：（1）CO（g）和CH₃OH（l）的燃烧热△H分别为-283.0kJ•mol^-1和-726.5kJ•mol^-1，则
氢气燃烧的热化学方程式为：①CO（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）=CO₂（g）△H=-283.0kJ•mol^-1，
甲醇燃烧的热化学方程式为：②CH₃OH（l）+$\frac{3}{2}$O₂（g）=CO₂（g）+2 H₂O（l）△H=-726.5kJ•mol^-1，
由盖斯定律可知，②-①可得甲醇不完全燃烧生成CO和液态水的热化学方程式：CH₃OH（l）+O₂（g）=CO（g）+2 H₂O（l），△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；
（2）①升高温度，平衡向吸热方向移动，根据表格知，温度越高，化学平衡常数越小，说明平衡向逆反应方向移动，所以正反应是放热反应，即△H＜0，
故答案为：＜；
②CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）单位为mol/L
反应开始 1mol/L      3mol/L       0
反应 0.8mol/L       1.6mol/L    0.8mol/L
平衡 0.2mol/L    1.4mol/L       0.8mol/L
平衡常数K=$\frac{0.8}{0.2×1．{4}^{2}}$=2.04，所以是250℃；反应速率v（H₂）=$\frac{1.6mol/L}{4min}$=0.4 mol•L^-1•min^-1，
故答案为：250℃；0.4 mol•L^-1•min^-1；

（3）若在t₁时刻将容器的体积缩小一倍，相当于增大压强，各组分的浓度立即增加原来的一倍，然后是平衡开始正向移动，至新平衡，图示如下：
假定在t₂时刻后又达到新的平衡；
故答案为：．

点评 本题考查了影响化学平衡移动的因素、速率的计算、热化学方程式盖斯定律应用等知识点，综合性强，难度大．