Question

4．能源問題是人類社會面臨的重大課題．甲醇是未來重要的綠色能源之一．
（1）已知：在25℃、101kPa下，1g甲醇燃燒生成CO₂和液態(tài)水時放熱22.7kJ．請寫出甲醇燃燒的熱化學方程式CH₃OH（l）+$\frac{3}{2}$O₂（g）═CO₂（g）+2H₂O（l）△H=-726.4kJ/mol．
（2）由CO₂和H₂合成甲醇的化學方程式為：
CO₂（g）+3H₂（g）＜“m“：math dsi：zoomscale=150 dsi：_mathzoomed=1＞?加熱催化劑＜“m“：math dsi：zoomscale=150 dsi：_mathzoomed=1＞?加熱催化劑$?_{加熱}^{催化劑}$CH₃OH（g）+H₂O（g）．在其他條件不變的情況下，實驗測得溫度對反應的影響如下圖所示（注：T₁、T₂均大于300℃）．

①關(guān)于該反應的下列說法中，正確的是C
A．△H＞0，△S＞0         B．△H＞0，△S＜0
C．△H＜0，△S＜0         D．△H＜0，△S＞0
②溫度為T₂時的平衡常數(shù)＜（填“＞”“＜”或“=”）溫度為T₁時的平衡常數(shù)．
③在T₁溫度下，將1molCO₂和1molH₂充入一密閉恒容容器中，充分反應達到平衡后，若CO₂轉(zhuǎn)化率為a，則容器內(nèi)的壓強與起始壓強的比值為1-α．
（3）運用化學反應原理知識研究如何利用CO、SO₂等污染物有重要意義．
CO可以合成甲醇．已知：
CH₃OH（g）+$\frac{3}{2}$O₂（g）═CO₂（g）+2H₂O（l）△H=-764.5kJ•mol^-1
CO（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）═CO₂（g）△H=-283.0kJ•mol^-1
H₂（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）═H₂O（l）△H=-285.8kJ•mol^-1
則CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）△H=-90.1kJ•mol^-1．

Answer 1

分析 （1）1g甲醇燃燒生成CO₂和液態(tài)水時放熱22.7kJ，1g甲醇的物質(zhì)的量為$\frac{1g}{32g/mol}$=$\frac{1}{32}mol$，則1mol甲醇燃燒放出的熱量為22.7×32=726.4kJ，據(jù)此寫出甲醇燃燒的熱化學方程式；
（2）①CO₂和H₂合成甲醇的化學方程式為CO₂（g）+3H₂（g）$?_{加熱}^{催化劑}$CH₃OH（g）+H₂O（g），隨著反應的進行，氣體數(shù)減少，體系混亂度降低，根據(jù)圖象分析反應的焓變情況，據(jù)此判斷；
②T₂溫度下，根據(jù)圖象，平衡時甲醇的量比T₁溫度下的少，可見T₂溫度下，正反應的趨勢比T₁溫度下的正反應趨勢小，據(jù)此比較平衡常數(shù)的大��；
③在T₁溫度下，將1molCO₂和1molH₂充入一密閉恒容容器中，充分反應達到平衡后，根據(jù)理想氣體狀態(tài)方程和化學反應方程式計算；
（3）所求反應方程式可由已知熱化學反應方程式推導，根據(jù)蓋斯定律計算所求反應的焓變．

解答 解：（1）1g甲醇燃燒生成CO₂和液態(tài)水時放熱22.7kJ，1g甲醇的物質(zhì)的量為$\frac{1g}{32g/mol}$=$\frac{1}{32}mol$，則1mol甲醇燃燒放出的熱量為22.7×32=726.4kJ，則甲醇燃燒的熱化學方程式為：CH₃OH（l）+$\frac{3}{2}$O₂（g）═CO₂（g）+2H₂O△H=-726.4kJ/mol，
故答案為：CH₃OH（l）+$\frac{3}{2}$O₂（g）═CO₂（g）+2H₂O（l）△H=-726.4kJ/mol；
（2）①CO₂和H₂合成甲醇的化學方程式為CO₂（g）+3H₂（g）$?_{加熱}^{催化劑}$CH₃OH（g）+H₂O（g），隨著反應的進行，氣體數(shù)減少，體系混亂度降低，所以反應的熵變△S＜0，根據(jù)圖象，T₂溫度下比T₁溫度下反應先達到化學平衡，則溫度T₂＞T₁，溫度升高，平衡時甲醇的含量降低，則化學平衡向逆反應方向移動，因此表現(xiàn)為溫度升高不利于正反應進行，則反應是放熱反應，焓變△H＜0，
故選C；
②T₂溫度下，根據(jù)圖象，平衡時甲醇的量比T₁溫度下的少，可見T₂溫度下，正反應的趨勢比T₁溫度下的正反應趨勢小，則平衡常數(shù)溫度為T₂時的平衡常數(shù)＜溫度為T₁時的平衡常數(shù)，
故答案為：＜；
③在T₁溫度下，將1molCO₂和1molH₂充入一密閉恒容容器中，充分反應達到平衡后，若CO₂轉(zhuǎn)化率為α，根據(jù)反應方程式，平衡時，n（CO₂）=1-α，n（H₂）=1-3α，n（CH₃OH）=α，n（H₂O）=α，根據(jù)理想氣體狀態(tài)方程，pV=nRT，在恒容密閉容器中，體系的壓強和體系中的物質(zhì)的物質(zhì)的量成正比，則容器內(nèi)的壓強與起始壓強的比值就是起始時的氣體的總物質(zhì)的量和平衡時氣體的總物質(zhì)的量之比，為$\frac{1-a+1-3α+α+α}{1+1}$=$\frac{2-2α}{2}$=1-α，
故答案為：1-α；
（3）已知：①CH₃OH（g）+$\frac{3}{2}$O₂（g）═CO₂（g）+2H₂O（l）△H₁=-764.5kJ/mol，
                  ②2CO（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）═2CO₂（g）△H₂=-283.0kJ/mol，
                  ③H₂（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）═H₂O（l）△H₃=-285.8kJ/mol，
所求反應為CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g），該反應可由③×2+②-①得到，根據(jù)蓋斯定律，該反應的焓變?yōu)椤鱄=2△H₃+△H₂-△H₁=2×（-285.8）+（-283.0）-（-764.5）=-90.1kJ/mol，
故答案為：-90.1．

點評 本題主要考察化學原理知識，包含熱化學方程式的書寫，蓋斯定律的應用，化學平衡的移動，化學平衡的計算，涉及的知識點較多，題目難度中等．