Question

20．“低碳循環(huán)”引起了全世界的高度重視，減排CO₂的一種方法是：
CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）△H
（1）500℃時有容積為2L的密閉容器中充入2mol CO₂和6mol H₂，測得CO₂和CH₃OH的物質(zhì)的量隨時間變化如圖所示．
①反應(yīng)的△S＜（填“＞”或“＜”）0，從反應(yīng)開始到平衡，H₂的平均反應(yīng)速率：
υ（H₂）=0.0075mol/（L•s）．
②該反應(yīng)的平衡常數(shù)K=5.33（保留二位有效數(shù)字）；平衡時H₂的轉(zhuǎn)化率為75%．
③將上述平衡體系的溫度升高至700℃，平衡常數(shù)K=5.01，則△H＜0（填“＞”或“＜”或“﹦”）；為了加快化學(xué)反應(yīng)速率且使體系中氣體的物質(zhì)的量減少，其他條件不變時，可采取的措施有
b（填序號）．
a．升高溫度    b．縮小容器的容積    c．使用合適的催化劑    d．再充入CO₂氣體
（2）已知：①H₂O（g）=H₂O（l）△H=-44.0kJ•mol^-1
②2CO（g）+O₂（g）=2CO₂（g）△H=-566.0kJ•mol^-1
③2CH₃OH（l）+3O₂（g）=2CO₂（g）+4H₂O（g）△H=-1257.5kJ•mol^-1
寫出液態(tài)甲醇不完全燃燒生成CO氣體和液態(tài)H₂O的熱化學(xué)方程式：CH₃OH（l）+O₂（g）=CO（g）+2H₂O（l）△H=-433.75kJ•mol^-1．

Answer 1

分析 （1）①CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）氣體物質(zhì)的量減少，所以△S＜0，根據(jù)v=$\frac{△c}{△t}$計算v（H₂）；
②根據(jù)三行式求平衡常數(shù)，由圖可知，CO₂的起始濃度為1mol/L、平衡時濃度為0.25mol/L，則△c（CO₂）=1mol/L-0.25mol/L=0.75mol/L，則氫氣濃度變化量為0.75mol/L×=2.25mol/L，轉(zhuǎn)化率=$\frac{濃度變化量}{起始濃度}$×100%；
③將上述平衡體系的溫度升高至700℃，平衡常數(shù)K=5.01，溫度升高K值減少，所以正反應(yīng)是放熱反應(yīng)，
a．升高溫度，化學(xué)反應(yīng)速率，平衡逆向移動，使體系中氣體的物質(zhì)的量增加；    
b．縮小容器的容積，反應(yīng)物濃度變大，反應(yīng)速率加快，平衡正向移動，氣體的物質(zhì)的量減少；    
c．使用合適的催化劑，化學(xué)反應(yīng)速率加快，平衡不移動，物質(zhì)的量不變；    
d．再充入CO₂氣體，化學(xué)反應(yīng)速率，平衡正向移動，物質(zhì)的量增加；
（2）根據(jù)熱化學(xué)方程式利用蓋斯定律計算反應(yīng)熱并書寫熱化學(xué)方程式．

解答 解：（1）①CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）氣體物質(zhì)的量減少，所以△S＜0，由圖可知，10min到達(dá)平衡，平衡時甲醇的濃度變化為0.75mol/L，由方程式CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O可知，氫氣的濃度變化等于甲醇的濃度變化量為0.75mol/L×3=2.25mol/L，故v（H₂）=$\frac{2.25mol/L}{5×60s}$=0.0075mol/（L•s），
故答案為：＜；0.0075；
②CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）；
開始（mol/L）：1       3         0         0
變化（mol/L）：0.75    2.25      0.75      0.75
平衡（mol/L）：0.25    0.75      0.75      0.75
故平衡常數(shù)K=$\frac{0.75×0.75}{0.25×0.7{5}^{3}}$=5.33，由圖可知，CO₂的起始濃度為1mol/L、平衡時濃度為0.25mol/L，則△c（CO₂）=1mol/L-0.25mol/L=0.75mol/L，則氫氣濃度變化量為0.75mol/L×=2.25mol/L，氫氣轉(zhuǎn)化率=$\frac{\frac{2.25mol/L}{6mol}}{2L}$×100%=75%，
故答案為：5.33；75%；
③將上述平衡體系的溫度升高至700℃，平衡常數(shù)K=5.01，溫度升高K值減少，所以正反應(yīng)是放熱反應(yīng)，所以△H＜0，
a．升高溫度，化學(xué)反應(yīng)速率，平衡逆向移動，使體系中氣體的物質(zhì)的量增加，故錯誤；    
b．縮小容器的容積，反應(yīng)物濃度變大，反應(yīng)速率加快，平衡正向移動，氣體的物質(zhì)的量減少，故正確；    
c．使用合適的催化劑，化學(xué)反應(yīng)速率加快，平衡不移動，物質(zhì)的量不變，故錯誤；    
d．再充入CO₂氣體，化學(xué)反應(yīng)速率，平衡正向移動，物質(zhì)的量增加，故錯誤；
故選：b；
（2）①2CH₃OH（l）+3O₂（g）═2CO₂（g）+4H₂O（g）△H=-1275.5kJ•mol^-1
②2CO（g）+O₂（g）═2CO₂（g）△H=-566.0kJ•mol^-1
③H₂O（g）═H₂O（l）△H=-44.0kJ•mol^-1
根據(jù)蓋斯定律，將已知反應(yīng)$\frac{1}{2}$×（①-②+③×4）得到CH₃OH（l）+O₂（g）=CO（g）+2H₂O（l），所以該反應(yīng)的△H=$\frac{1}{2}$×[（-1275.5kJ/mol）-（-566.0kJ/mol）+（-44.0kJ/mol）×4]=-433.75kJ•mol^-1，即CH₃OH（l）+O₂（g）=CO（g）+2H₂O（l）△H=-433.75kJ•mol^-1，
故答案為：CH₃OH（l）+O₂（g）=CO（g）+2H₂O（l）△H=-433.75kJ•mol^-1．

點(diǎn)評 本題考查物質(zhì)的量濃度隨時間變化曲線，涉及化學(xué)反應(yīng)速率及化學(xué)平衡、平衡常數(shù)的計算，難度不大，注意對基礎(chǔ)知識的全面掌握．