Question

11．甲醇（CH₃OH）來源豐富，價格低廉，運輸儲存方便，是一種重要的化工原料，有著重要的用途和應用前景．
（1）在25℃、101KPa下，1g甲醇（液態(tài)）燃燒生成CO₂和液態(tài)水放熱22.68kJ．則表示甲醇燃燒熱的熱化學方程式為CH₃OH（l）+3/2O₂（g）=CO₂（g）+2H₂O（l）△H=-725.8kJ/mol．（△H的數值保留小數點后1位）
（2）工業(yè)上用CO與H₂反應生成甲醇（催化劑為Cu₂O/ZnO）．一定條件下，在體積為3L的密閉容器中進行反應：CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）．甲醇的物質的量隨溫度的變化如圖所示，請回答下列問題：
①該反應正向為放熱反應（填“放熱”或“吸熱”），升高溫度，平衡常數K＜（填“增大”、“減小”或“不變”）．
②該反應的△S＜0（填“＞”或“＜”）在較低（填“較高”或“較低”）溫度下有利于該反應自發(fā)進行．
③溫度為T₂時，從反應開始到平衡，H₂表示的平均反應速率v（H₂）=$\frac{2nB}{3tB}$mol/（L．min）．
④在其他條件不變的情況下，將處于C點的平衡體系體積壓縮到原來的1/2，重新平衡時，下列有關該體系的說法正確的是BC．
A． H₂的濃度減小   B．甲醇的百分含量增大  C．$\frac{c（C{H}_{3}OH）}{{c}^{2}（{H}_{2}）•c（CO）}$減小   D．$\frac{n（{H}_{2}）}{n（C{H}_{3}OH）}$增大
（3）已知反應2CH₃OH（g）═CH₃OCH₃（g）+H₂O（g）在某溫度下的平衡常數為400．此溫度下，在密閉容器中加入CH₃OH，反應到某時刻測得各組分的濃度如下：

物質	CH3OH	CH3OCH3	H2O
濃度/（mol•L-1）	0.44	0.6	0.6

①比較此時正、逆反應速率的大�。簐_正＞ v_逆（填“＞”、“＜”或“=”）．
②若加入CH₃OH后，經10min反應達到平衡，此時c（CH₃OH）=0.04mol/L，該時間內反應速率v（CH₃OH）=0.16mol/L．

Answer 1

分析 （1）依據燃燒熱概念是1mol可燃物完全燃燒生成穩(wěn)定氧化物放出的熱量，題干所給量計算32g甲醇燃燒生成二氧化碳和液態(tài)水放熱，結合熱化學方程式書寫方法，標注物質聚集狀態(tài)和對應焓變；
（2）①依據圖象分析溫度越高平衡逆向進行，反應是放熱反應分析；
②根據反應前后氣體的系數和的變化確定熵變符號，根據自發(fā)性進行的盤踞：△H-T△S進行判斷；
③從反應開始到平衡，在t_B時間段內甲醇增加物質的量為n_B，依據化學方程式計算消耗氫氣物質的量為2n_B，結合速率概念計算得到；
④依據平衡可知2H₂+CO=CH₃OH，體積壓縮壓強增大，分析判斷選項；
（3）①K=生成物濃度冪之積與反應物濃度冪之積的比，結合平衡濃度計算，依據濃度商和平衡常數比較判斷反應進行的方向；
②根據平衡常數計算平衡濃度，結合反應速率之比等于化學計量數之比計算v（CH₃OH）．

解答 解：（1）在25℃、101kPa下，1g甲醇（CH₃OH）燃燒生成CO₂和液態(tài)水時放熱22.68kJ．32g甲醇燃燒生成二氧化碳和液態(tài)水放出熱量為725.76KJ；則表示甲醇燃燒熱的熱化學方程式為：CH₃OH（l）+$\frac{3}{2}$O₂（g）=CO₂（g）+2H₂O（l）△H=-725.76kJ•mol^-1，
故答案為：CH₃OH（l）+$\frac{3}{2}$O₂（g）=CO₂（g）+2H₂O（l）△H=-725.76kJ•mol^-1；
（2）①圖象分析溫度越高，甲醇物質的量減小，說明平衡逆向進行，逆向是吸熱反應，正向是放熱反應，升高溫度平衡逆向進行，K值減小，
故答案為：放熱；減��；
②反應后氣體的系數和是減小的，所以熵變小于零，即△S＜0，根據自發(fā)性進行的判據：△H-T△S，該放熱反應△H＜0，△S＜0，所以在較低溫度下自發(fā)進行，
故答案為：＜；較低；
③反應開始到平衡，在t_B時間段內甲醇增加物質的量為n_B，依據化學方程式計算消耗氫氣物質的量為2n_B，氫氣的反應速率=$\frac{2{n}_{B}}{3L{t}_{B}}$=$\frac{2nB}{3tB}$mol/（L．min）；
故答案為：$\frac{2nB}{3tB}$mol/（L．min）；
④其他條件不變的情況下，將處于E點的體系的體積壓縮到原來的$\frac{1}{2}$，壓強增大，平衡正向進行；
A．平衡正向進行，氫氣物質的量減小，但體積減小為用原來的一半，氫氣的濃度增大，故A錯誤；
B．壓縮體積，增大壓強，正反應速率加快，逆反應速率也加快，故B正確；
C．平衡正向進行，甲醇的物質的量增大，故C正確；
D．平衡正向進行，重新平衡時n（H₂）/n（CH₃OH）減小，故D錯誤；
故答案為：BC；
（3）①該反應的平衡常數表達式為：K=$\frac{c（C{H}_{3}OC{H}_{3}）•c（{H}_{2}O）}{{c}^{2}（C{H}_{3}OH）}$，將所給濃度帶入平衡常數表達式：$\frac{0.6×0.6}{0.4{4}^{2}}$=1.86＜400，故反應向正反應方向進行，正反應速率大于逆反應速率，故答案為：＞；
②2CH₃OH（g）≒CH₃OCH₃（g）+H₂O（g）
某時刻濃度（mol•L^-1）：0.44           0.6      0.6
轉化濃度（mol•L^-1）：2x               x         x  
平衡濃度（mol•L^-1）：0.44-2x         0.6+x      0.6+x
K=$\frac{（0.6+x）^{2}}{（0.44-2x）^{2}}$，解得x=0.2mol/L，
故平衡時c（CH₃OH）=0.44mol/L-0.2mol/L×2=0.04mol/L，
起始時在密閉容器中加入CH₃OH，
則起始時甲醇的濃度為0.44moL/L+0.6mol/L×2=1.64mol/L，平衡時c（CH₃OH）=0.04mol/L，
則10min轉化甲醇1.64moL/L-0.04moL/L=1.6mol/L，
所以甲醇的反應速率為v（CH₃OH）=$\frac{1.6mol/L}{10min}$=0.16 mol/（L•min），
故答案為：0.04 mol•L^-1； 0.16 mol/（L•min）．

點評 本題考查熱化學方程式的書寫、反應速率的計算、圖象分析判斷反應特征，平衡影響因素的分析理解，掌握基礎是解題關鍵，題目難度中等．