Question

20．甲醇是重要的化工原料，在化工生產(chǎn)中有廣泛的應(yīng)用．
（1）電子工業(yè)中使用的一氧化碳常以甲醇為原料通過脫氫反應(yīng)生成H₂和甲酸甲酯（HCOOCH₃）、再分解生成CO和CH₃OH．寫出相應(yīng)反應(yīng)的化學(xué)方程式：2CH₃OH→HCOOCH₃+2H₂↑、HCOOCH₃→CH₃OH+CO↑．
（2）利用太陽能或生物質(zhì)能分解水制H₂，然后可將H₂與C0₂轉(zhuǎn)化為甲醇．已知：
光催化制氫：2H₂O（1）=2H₂（g）+O₂（g）△H=+571.5kJ•mol^-1
H₂與C0₂耦合反應(yīng)：3H₂（g）十CO₂（g）=CH₃OH（1）+H₂O（1）△H=一137.8kJ•mol^-1
則反應(yīng)：2H₂O（1）+CO₂（g）=CH₃0H（l）+3/20₂（g）的△H=+719.45 kJ•mol^-1
（3）已知反應(yīng)：CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）△H=Q
在20L的密閉容器中，按物質(zhì)的量之比1：2充入CO和H₂，測得CO的轉(zhuǎn)化率隨溫度及壓強的變化如圖所示，P₂及195℃時n（H₂）隨時間的變化如表所示：

t/min	0	1	3	5
n（H2）/mol	8	5	4	4

①O～3min，平均速率V（CH₃OH）=0.033mol/（L．min），Q＜0（填“＜”“=”或“＞”）．
②圖中壓強（P₁、P₂）的大小順序為P₁＜P₂，理由是相同溫度下，壓強P₂平衡時CO的轉(zhuǎn)化率更大，而正反應(yīng)為氣體體積減小的反應(yīng)，增大壓強平衡向正反應(yīng)方向移動，CO的轉(zhuǎn)化率提高．
③在P₂及195℃時，該反應(yīng)的平衡常數(shù)K=25．

Answer 1

分析 （1）由題目信息，可知甲醇脫氫生成甲酸甲酯與氫氣，甲酸甲酯再分解得到甲醇與CO，配平書寫方程式；
（2）根據(jù)蓋斯定律，由已知熱化學(xué)方程式乘以適當(dāng)?shù)南禂?shù)進(jìn)行加減構(gòu)造目標(biāo)熱化學(xué)方程式，反應(yīng)熱也進(jìn)行相應(yīng)的運算；
（3）①根據(jù)v=$\frac{△c}{△t}$計算v（H₂），再利用速率之比等于其化學(xué)計量數(shù)之比計算v（CH₃OH）；
由圖可知，隨溫度升高，CO的轉(zhuǎn)化率降低，說明升高溫度，平衡向逆反應(yīng)方向移動；
②由圖可知，相同溫度下，壓強P₂平衡時CO的轉(zhuǎn)化率更大，而正反應(yīng)為氣體體積減小的反應(yīng)，結(jié)合壓強對平衡移動的影響判斷；
③在20L的密閉容器中，按物質(zhì)的量之比1：2充入CO和H₂，開始?xì)錃獾臐舛葹?\frac{8mol}{20L}$=0.4mol/L，CO濃度為$\frac{4mol}{20L}$=0.2mol/L，由表中數(shù)據(jù)可知，3min到達(dá)平衡，平衡時氫氣濃度為$\frac{4mol}{20L}$=0.2mol/L，則：
              CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）
開始（mol/L）：0.2   0.4      0
轉(zhuǎn)化（mol/L）：0.1   0.2      0.1
平衡（mol/L）：0.1   0.2      0.1
代入平衡常數(shù)表達(dá)式K=$\frac{c（C{H}_{3}OH）}{c（CO）×{c}^{2}（{H}_{2}）}$計算．

解答 解：（1）由題目信息，可知甲醇脫氫生成甲酸甲酯與氫氣，甲酸甲酯再分解得到甲醇與CO，反應(yīng)方程式為：2CH₃OH→HCOOCH₃+2H₂↑、HCOOCH₃→CH₃OH+CO↑，
故答案為：2CH₃OH→HCOOCH₃+2H₂↑、HCOOCH₃→CH₃OH+CO↑；
（2）已知：①2H₂O（1）=2H₂（g）+O₂（g）△H=+571.5kJ•mol^-1
②3H₂（g）+CO₂（g）=CH₃OH（1）+H₂O（1）△H=-137.8kJ•mol^-1
根據(jù)蓋斯定律，①×$\frac{3}{2}$+②得：2H₂O（1）+CO₂（g）=CH₃OH（l）+$\frac{3}{2}$O₂（g），故△H=$\frac{3}{2}$×（+571.5kJ•mol^-1）+（-137.8kJ•mol^-1）=+719.45kJ•mol^-1，
故答案為：+719.45；
（3）①由表中數(shù)據(jù)可知，3min內(nèi)參加反應(yīng)氫氣為8mol-4mol=4mol，故v（H₂）=$\frac{\frac{4mol}{20L}}{3min}$=$\frac{1}{15}$mol/（L．min），速率之比等于其化學(xué)計量數(shù)之比，則v（CH₃OH）=$\frac{1}{2}$v（H₂）=$\frac{1}{2}$×$\frac{1}{15}$mol/（L．min）=0.033mol/（L．min）；
由圖可知，隨溫度升高，CO的轉(zhuǎn)化率降低，說明升高溫度，平衡向逆反應(yīng)方向移動，則正反應(yīng)為放熱反應(yīng)，即Q＜0，
故答案為：0.033mol/（L．min）；＜；
②由圖可知，相同溫度下，壓強P₂平衡時CO的轉(zhuǎn)化率更大，而正反應(yīng)為氣體體積減小的反應(yīng)，增大壓強平衡向正反應(yīng)方向移動，CO的轉(zhuǎn)化率提高，故壓強P₁＜P₂，
故答案為：P₁＜P₂；相同溫度下，壓強P₂平衡時CO的轉(zhuǎn)化率更大，而正反應(yīng)為氣體體積減小的反應(yīng)，增大壓強平衡向正反應(yīng)方向移動，CO的轉(zhuǎn)化率提高；
③在20L的密閉容器中，按物質(zhì)的量之比1：2充入CO和H₂，開始?xì)錃獾臐舛葹?\frac{8mol}{20L}$=0.4mol/L，CO濃度為$\frac{4mol}{20L}$=0.2mol/L，由表中數(shù)據(jù)可知，3min到達(dá)平衡，平衡時氫氣濃度為$\frac{4mol}{20L}$=0.2mol/L，則：
            CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）
開始（mol/L）：0.2    0.4       0
轉(zhuǎn)化（mol/L）：0.1     0.2      0.1
平衡（mol/L）：0.1     0.2      0.1
故平衡常數(shù)K=$\frac{0.1}{0.1×0．{2}^{2}}$=25，
故答案為：25．

點評 本題屬于拼合型題目，涉及反應(yīng)熱計算、化學(xué)平衡圖象、反應(yīng)速率計算、化學(xué)平衡影響因素、平衡常數(shù)計算等，側(cè)重考查學(xué)生分析解決問題的能力，掌握三段式在化學(xué)平衡計算的應(yīng)用．