Question

14．氢气、甲醇是优质的清洁燃料，可制作燃料电池．
（1）已知：
2CH₃OH（1）+3O₂（G）═2CO₂（G）+4H₂O（g）△H₁=-1275.6kJ•mol^-1
2CO（g）+O₂（g）═2CO₂（g）△H₂=-566.0kJ•mol^-1
H₂O（g）═H₂O（1）△H₃=-44.0kJ
写出甲醇不完全燃烧生成一氧化碳和液态水的热化学方程式．
（2）生产甲醇的原料CO和H₂来源于下列反应：
CH₄（g）+H₂O（g）?CO（g）+3H₂（g）△H＞O
①一定条件下CH₄的平衡转化率与温度、压强的关系如图a．则T₁＞T₂ （填“＜”、“＞”或“=“，下同）；A、B、C三点处对应平衡常数（K_AK_BK_C）的大小关系为K_A=K_B＞K_C；
②100℃时，将1molCH₄和2molH₂O通入容积为1L的定容密闭容器中发生反应，能说明该反应已经达到平衡状态的是ad（填序号）．
a．容器的压强恒定
b．单位时间内消耗0.1mol CH₄同时生成0.3molH₂
c．容器内气体密度恒定
d．3v_正（CH₄）=v_逆（H₂）
③如果达到平衡时CH₄的转化率为0.5，则100℃时该反应的平衡常数K=2.25．

Answer 1

分析 （1）根据盖斯定律书写目标热化学方程式；
（2）①正反应为吸热反应，压强一定时，升高温度，平衡向正反应方向移动，甲烷的转化率增大，据此判断温度大小；
平衡常数只受温度影响，处于等温线上各点平衡常数相等，由图可知，压强一定时，温度T₂条件下，甲烷的转化率更大，则反应进行的程度更大；
②达到平衡状态时，正逆反应速率相等，各物质的浓度不变，百分含量不变，以及由此衍生其它一些物理量不变，据此结合选项判断；
③利用三段式计算平衡时各组分的物质的量浓度，代入平衡常数表达式计算．

解答 解：（1）已知：①2CH₃OH（1）+3O₂（g）=2CO₂（g）+4H₂O（g）△H₁=-1275.6kJ/mol
②2CO（g）+O₂（g）=2CO₂（g）△H₂=-566.0kJ/mol
③H₂O（g）=H₂O（1）△H₃=-44.0kJ/mol
根据盖斯定律，①×$\frac{1}{2}$-②×$\frac{1}{2}$+③×2得：CH₃OH（1）+O₂（g）=CO（g）+2H₂O（1）△H=-442.8 kJ•mol^-1，
答：热化学方程式为CH₃OH（1）+O₂（g）=CO（g）+2H₂O（1）△H=-442.8 kJ•mol^-1；
（2）①由图开始，压强一定时，温度T₁的转化率较大，正反应为吸热反应，升高温度，平衡向正反应方向移动，甲烷的转化率增大，故温度T_l＞T₂；
平衡常数只受温度影响，A、B处于等温线上，平衡常数相等，由图可知，压强一定时，温度T₁条件下，甲烷的转化率更大，则反应进行的程度更大，比温度T₂时的平衡常数大，故平衡常数K_A=K_B＞K_C，
故答案为：＞；K_A=K_B＞K_C；
②a．随反应进行混合气体总物质的量增大，容器容积不变，压强增大，当容器的压强恒定时，说明到达平衡，故a正确；
b．单位时间内消耗0.1mol CH₄同时生成0.3molH₂，反应始终按此比例进行，不能说明到达平衡，故b错误；
c．100℃时，反应混合物都是气体，混合气体总质量不变，容器的容积不变，容器内气体密度始终不变，不能说明得到平衡，故c错误；
d．3v_正（CH₄）=v_逆（H₂），不同物质的正逆速率之比等于化学计量数之比，反应到达平衡，故d正确，
故答案为：ad；
③平衡时甲烷的转化为0.5，则甲烷的浓度变化量=1mol/L×0.5=0.5mol/L，
                       CH₄（g）+H₂O（g）?CO（g）+3H₂（g）
开始（mol/L）：1               2               0            0
变化（mol/L）：0.5           0.5            0.5          1.5 
平衡（mol/L）：0.5           1.5            0.5          1.5
故平衡常数K=$\frac{0.5×1．{5}^{3}}{0.5×1.5}$=2.25，
故答案为：2.25．

点评 本题考查化学平衡的计算，题目难度中等，涉及热化学方程式、化学平衡图象及影响因素、平衡常数、平衡状态判断等知识，明确化学平衡及其影响为解答关键，试题培养了学生的分析能力及灵活应用能力．