Question

14．甲醇（CH₃OH）是一种优质燃料，（1）已知一定条件下每1molCO₂和足量氢气完全反应可生成1mol气态甲醇（CH₃OH）和1mol 水蒸汽并放出49kJ的热量．请回答：
（1）该反应的热化学方程式：CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）△H=-49.0kJ/mol．其反应过程中能量的变化与如图1所示最相符的是A．

（2）为探究用CO₂来生产燃料甲醇的反应原理，现进行如下实验：在体积为1L的密闭容器中，充入1molCO₂和3molH₂，一定条件下发生反应，测得CO₂和CH₃OH（g）的浓度随时间变化如图2．请回答：
①从反应开始到平衡，甲醇和氢气的反应速率：v（CH₃OH）=0.075 mol•L^-1•min^-1v（H₂）=0.225mol•L^-1•min^-1 ；．
②下列措施中能使v （CO₂）增大的是AD．
A．加入催化剂  B．充入He（g），使体系压强增大  C．将H₂O（g）从体系中分离   D．升高温度
③能够说明该反应已达到平衡的是AC．
A．恒温、恒容时，容器内的压强不再变化
B．恒温、恒容时，容器内混合气体的密度不再变化
C．一定条件下，CO₂、H₂和CH₃OH的浓度不再变化
D．一定条件下，单位时间内消耗3molH₂的同时生成1molCH₃OH．

Answer 1

分析 （1）每1molCO₂和足量氢气完全反应三可生成1mol气态甲醇（CH₃OH）和1mol 水蒸汽并放出49kJ的热量，据此写出热化学方程式；
由热化学方程式可知该反应为放热反应，则反应物总能量大于生成物总能量，据此分析；
（2）在体积为l L的密闭容器中，充入l mol CO₂和3mol H₂，一定条件下发生反应：CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g），测得CO₂和CH₃OH（g）的浓度随时间变化如图2所示．二氧化碳是反应物随反应进行浓度减小，甲醇是生成物，随反应进行浓度增大；10nim内达到平衡，生成甲醇浓度为0.75mol/L，二氧化碳浓度变化了0.75mol/L；
①依据化学平衡三段式列式利用V=$\frac{△c}{△t}$计算；
②依据升温，增加浓度，加压，加催化剂等可以加快反应速率判断；
③可逆反应达到平衡状态时，正逆反应速率相等（同种物质）或正逆反应速率之比等于系数之比（不同物质），平衡时各种物质的物质的量、浓度等不再发生变化，由此衍生的一些物理量不变，以此分析解答．

解答 解：（1）每1molCO₂和足量氢气完全反应三可生成1mol气态甲醇（CH₃OH）和1mol 水蒸汽并放出49kJ的热量，则热化学方程式为CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）△H=-49.0kJ/mol，则该反应为放热反应，则反应物总能量大于生成物总能量，所以能量的变化与如图1所示最相符的是A，
故答案为：CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）△H=-49.0kJ/mol；A；
（2）在体积为l L的密闭容器中，充入l mol CO₂和3mol H₂，一定条件下发生反应：CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g），测得CO₂和CH₃OH（g）的浓度随时间变化如图2所示．二氧化碳是反应物随反应进行浓度减小，甲醇是生成物，随反应进行浓度增大；10nim内达到平衡，生成甲醇浓度为0.75mol/L，二氧化碳浓度变化了0.75mol/L；则①依据化学平衡列式计算为：
CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）
起始量（mol/L） 1 3 0 0
变化量（mol/L） 0.75 2.25 0.75 0.75
平衡量（mol/L） 0.25 0.75 0.75 0.75
CH₃OH的平均反应速率v（CH₃OH）=$\frac{0.75mol/L}{10min}$=0.075mol•L^-1•min^-1 ，H₂的平均反应速率v（H₂）=$\frac{2.25mol/L}{10min}$=0.225mol•L^-1•min^-1 ；
故答案为：0.075 mol•L^-1•min^-1；0.225mol•L^-1•min^-1 ；
②A．加入催化剂，v （CO₂）增大，故A正确；
B．充入He（g），使体系压强增大，但反应物浓度不变，所以v （CO₂）不变，故B错误；
C．将H₂O（g）从体系中分离，则生成物浓度减小，则浓度减小，故C错误；
D．升高温度，v （CO₂）增大，故D正确；
故选：AD；
③A．反应前后气体的体积不等，所以压强一直在变，则当压强不变时能说明达到平衡，故A正确；
B．反应前后质量不变，体积也不变，所以密度一直不变，则混合气体的密度不再变化不能说明达到平衡，故B错误；
C．CO₂、H₂和CH₃OH的浓度不再变化，说明达到平衡，故C正确；
D．单位时间内消耗3molH₂的同时生成1molCH₃OH，都是指正反应方向，不能说明达到平衡，故D错误；
故选AC．

点评 本题考查了热化学方程式的书写原则，化学反应速率、平衡状态的判断以及化学平衡的计算的应用，图象分析是关键，综合性较大，难度中等．