Question

5．為了節(jié)約煤炭和石油資源，用較少的碳原料生成較多的燃料提供給人類，一碳化學(xué)應(yīng)運(yùn)而生．合成氣（CO、H₂）、甲烷和甲醇是一碳化學(xué)的基礎(chǔ)原料，表所列為25℃、101kPa時(shí)四種物質(zhì)的燃燒熱：

化學(xué)式	△H/（kJ?mol-1）	化學(xué)式	△H/（kJ?mol-1）
CO（g）	-283.0	CH4（g）	-890.3
H2（g）	-285.8	CH3OH（l）	-726.5

回答下列問題：
（1）25℃時(shí)，用合成氣制備甲醇的熱化學(xué)方程式CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（l）△H=-128.1kJ?mol^-1．
（2）工業(yè)上可利用甲烷制造合成氣，發(fā)生的反應(yīng)為CH₄（g）+CO₂（g）?2CO（g）+2H₂（g）；某溫度下，向容積為4L的恒容密閉容器中通入6mol CO₂和6mol CH₄發(fā)生上述反應(yīng)，5min后在該溫度下達(dá)到平衡，這時(shí)測(cè)得反應(yīng)體系中各組分的體積分?jǐn)?shù)相等，則該反應(yīng)在0～5min內(nèi)的平均反應(yīng)速率v（CO）=0.2mol?L^-1?min^-1；在相同溫度下，將上述反應(yīng)改在起始容積為4L的恒壓密閉容器內(nèi)進(jìn)行，則到達(dá)平衡的時(shí)間大于（填“大于”或“小于”或“等于”）5min．
（3）反應(yīng)CH₃OH（g）+CO（g）?HCOOCH₃（g）△H=-29.1kJ?mol^-1為一碳化學(xué)在有機(jī)合成方面的重要應(yīng)用．溫度和壓強(qiáng)對(duì)該反應(yīng)的影響如圖所示：

①根據(jù)反應(yīng)體系的壓強(qiáng)對(duì)甲醇轉(zhuǎn)化率的影響并綜合考慮生產(chǎn)成本因素，在下列各壓強(qiáng)數(shù)據(jù)中，工業(yè)上制取甲酸（HCOOCH₃）甲酯應(yīng)選擇的壓強(qiáng)是b（填下列序號(hào)字母）；
a.3.5×10⁶Pa      b.4.0×10⁶ Pa         c.5.0×10⁶ Pa
②用上述方法制取甲酸甲酯的實(shí)際工業(yè)生產(chǎn)中，采用的溫度是80℃，其理由是高于80℃時(shí)，溫度對(duì)反應(yīng)速率影響較小，又因反應(yīng)放熱，升高溫度時(shí)平衡逆向移動(dòng)，轉(zhuǎn)化率降低．

Answer 1

分析 （1）CO燃燒的熱化學(xué)方程式：CO（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）═CO₂（g）△H=-283.0 kJ•mol^-1 ①
H₂燃燒的熱化學(xué)方程式：H₂（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）═H₂O（l）△H=-285.8 kJ•mol^-1 ②
甲醇的燃燒熱為CH₃OH（l）+$\frac{3}{2}$O₂（g）═CO₂（g）+2H₂O（l）△H=-726.5kJ/mol③
將方程式①+2②-③得CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（l），焓變進(jìn)行相應(yīng)的改變；
（2）某溫度下，向容積為4L的恒容密閉容器中通入6mol CO₂和6mol CH₄發(fā)生反應(yīng)CH₄（g）+CO₂（g）?2CO（g）+2H₂（g），5min后在該溫度下達(dá)到平衡，這時(shí)測(cè)得反應(yīng)體系中各組分的體積分?jǐn)?shù)相等，說明四種氣體的物質(zhì)的量相等，設(shè)參加反應(yīng)的n（CO₂）=xmol，
該反應(yīng)CH₄（g）+CO₂（g）?2CO（g）+2H₂（g）
開始（mol）6           6               0               0
反應(yīng)（mol）x          x               2x              2x
平衡（mol）6-x       6-x            2x              2x
因?yàn)楦鳉怏w物質(zhì)的量相等，則6-x=2x，x=2，
達(dá)到平衡狀態(tài)時(shí)生成n（CO）=2x=4mol，該反應(yīng)在0～5min內(nèi)的平均反應(yīng)速率v（CO）=$\frac{\frac{△n}{V}}{△t}$；在相同溫度下，將上述反應(yīng)改在起始容積為4L的恒壓密閉容器內(nèi)進(jìn)行，該反應(yīng)前后氣體物質(zhì)的量增大，則壓強(qiáng)增大，則恒壓條件下壓強(qiáng)小于恒容條件下壓強(qiáng)，壓強(qiáng)越大反應(yīng)速率越大；
（3）①增大壓強(qiáng)甲醇轉(zhuǎn)化率增大，但壓強(qiáng)越大對(duì)設(shè)備要求越大；
②反應(yīng)速率隨溫度升高而增大，升高溫度平衡逆向移動(dòng)．

解答 解：（1）CO燃燒的熱化學(xué)方程式：CO（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）═CO₂（g）△H=-283.0 kJ•mol^-1 ①
H₂燃燒的熱化學(xué)方程式：H₂（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）═H₂O（l）△H=-285.8 kJ•mol^-1 ②
甲醇的燃燒熱為CH₃OH（l）+$\frac{3}{2}$O₂（g）═CO₂（g）+2H₂O（l）△H=-726.5kJ/mol ③
將方程式①+2②-③得CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（l），△H=（-283.0 kJ•mol^-）+2（-285.8 kJ•mol^-1）-（-726.5kJ/mol）=-128.1kJ?mol^-1，
故答案為：CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（l）△H=-128.1kJ?mol^-1；
（2）某溫度下，向容積為4L的恒容密閉容器中通入6mol CO₂和6mol CH₄發(fā)生反應(yīng)CH₄（g）+CO₂（g）?2CO（g）+2H₂（g），5min后在該溫度下達(dá)到平衡，這時(shí)測(cè)得反應(yīng)體系中各組分的體積分?jǐn)?shù)相等，說明四種氣體的物質(zhì)的量相等，設(shè)參加反應(yīng)的n（CO₂）=xmol，
該反應(yīng)CH₄（g）+CO₂（g）?2CO（g）+2H₂（g）
開始（mol）6           6               0               0
反應(yīng)（mol）x          x               2x              2x
平衡（mol）6-x       6-x            2x              2x
因?yàn)楦鳉怏w物質(zhì)的量相等，則6-x=2x，x=2，
達(dá)到平衡狀態(tài)時(shí)生成n（CO）=2x=4mol，該反應(yīng)在0～5min內(nèi)的平均反應(yīng)速率v（CO）=$\frac{\frac{△n}{V}}{△t}$=$\frac{\frac{4mol}{4L}}{5min}$=0.2mol?L^-1?min^-1；在相同溫度下，將上述反應(yīng)改在起始容積為4L的恒壓密閉容器內(nèi)進(jìn)行，該反應(yīng)前后氣體物質(zhì)的量增大，則壓強(qiáng)增大，則恒壓條件下壓強(qiáng)小于恒容條件下壓強(qiáng)，壓強(qiáng)越大反應(yīng)速率越大，則到達(dá)平衡的時(shí)間大于5min；
故答案為：0.2mol?L^-1?min^-1；大于；
（3）①?gòu)姆磻?yīng)壓強(qiáng)對(duì)甲醇轉(zhuǎn)化率的影響“效率“看，圖象中轉(zhuǎn)化率較大的是4.0×10⁶Pa，故選：b；
②依據(jù)圖象分析，溫度在高于80°C對(duì)反應(yīng)速率影響不大，反應(yīng)是放熱反應(yīng)，溫度過高，平衡逆向進(jìn)行，不利于轉(zhuǎn)化率增大，所以實(shí)際工業(yè)生產(chǎn)中采用的溫度是80℃，
故答案為：溫度高于80℃，升溫對(duì)反應(yīng)速率影響較小，且該反應(yīng)放熱，升高溫度平衡逆向移動(dòng)，轉(zhuǎn)化率降低．

點(diǎn)評(píng) 本題考查化學(xué)平衡計(jì)算、蓋斯定律、外界條件對(duì)化學(xué)平衡移動(dòng)影響等知識(shí)點(diǎn)，為高頻考點(diǎn)，側(cè)重考查學(xué)生計(jì)算、分析判斷能力，明確溫度、壓強(qiáng)對(duì)化學(xué)平衡移動(dòng)影響原理是解本題關(guān)鍵，注意結(jié)合實(shí)際生產(chǎn)分析解答，題目難度不大．