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11.甲醇(CH3OH)是一种优质燃料,
(1)已知一定条件下88gCO2和足量氢气完全反应三可生成气态甲醇(CH3OH)和水蒸汽并放出98kJ的热量.请回答:
①该反应的热化学方程式:CO2(g)+3H2(g)=CH3OH(g)+H2O(g)△H=-49.0kJ/mol.
②若生成3mol甲醇放出的热量为147kJ.
(2)为探究用CO2来生产燃料甲醇的反应原理,现进行如下实验:在体积为1L的密闭容器中,充入1molCO2和3molH2,一定条件下发生反应,测得CO2和CH3OH(g)的浓度随时间变化如图.请回答:
①从反应开始到平衡,氢气的反应速率:v(H2)=0.225mol•L-1•min-1
②下列措施中能使CO2反应速率增大的是AD.
A.加入催化剂          B.充入He(g),使体系压强增大
C.将H2O(g)从体系中分离   D.升高温度
③能够说明该反应已达到平衡的是AC.
A.恒温、恒容时,容器内的压强不再变化
B.恒温、恒容时,容器内混合气体的密度不再变化
C.一定条件下,CO2、H2和CH3OH的浓度不再变化
D.一定条件下,单位时间内消耗3molH2的同时生成1molCH3OH.
E.有2个C=O键断裂的同时,有3个H-H键断裂.

分析 (1)①根据n=$\frac{m}{M}$计算88gCO2和氢气化合生成甲醇和水放出的热量,结合热化学方程式书写方法标注物质聚集状态和反应焓变写出;
②反应热与化学计量数成正比,根据热化学方程式计算;
(2)在体积为l L的密闭容器中,充入l mol CO2和3mol H2,一定条件下发生反应:CO2(g)+3H2(g)?CH3OH(g)+H2O(g),测得CO2和CH3OH(g)的浓度随时间变化如图2所示.二氧化碳是反应物随反应进行浓度减小,甲醇是生成物,随反应进行浓度增大;10nim内达到平衡,生成甲醇浓度为0.75mol/L,二氧化碳浓度变化了0.75mol/L;
①依据化学平衡三段式列式利用V=$\frac{△c}{△t}$计算;
②依据升温,增加浓度,加压,加催化剂等可以加快反应速率判断;
③可逆反应达到平衡状态时,正逆反应速率相等(同种物质)或正逆反应速率之比等于系数之比(不同物质),平衡时各种物质的物质的量、浓度等不再发生变化,由此衍生的一些物理量不变,以此分析解答.

解答 解:(1)①88gCO2的物质的量为n=$\frac{m}{M}$=$\frac{88g}{44g•mo{l}^{-1}}$=2mol,放出98kJ的热量,每1molCO2和足量氢气完全反应三可生成1mol气态甲醇(CH3OH)和1mol 水蒸汽并放出49kJ的热量,热化学方程式为:CO2(g)+3H2(g)=CH3OH(g)+H2O(g)△H=-49.0kJ/mol,
故答案为:CO2(g)+3H2(g)=CH3OH(g)+H2O(g)△H=-49.0kJ/mol;
②每1molCO2和足量氢气完全反应三可生成1mol气态甲醇(CH3OH)和1mol 水蒸汽并放出49kJ的热量,若生成3mol甲醇放出的热量为49kJ×3=147kJ,
故答案为:147kJ;
(2)在体积为l L的密闭容器中,充入l mol CO2和3mol H2,一定条件下发生反应:CO2(g)+3H2(g)?CH3OH(g)+H2O(g),测得CO2和CH3OH(g)的浓度随时间变化如图2所示.二氧化碳是反应物随反应进行浓度减小,甲醇是生成物,随反应进行浓度增大;10nim内达到平衡,生成甲醇浓度为0.75mol/L,二氧化碳浓度变化了0.75mol/L;则①依据化学平衡列式计算为:
              CO2(g)+3H2(g)?CH3OH(g)+H2O(g)
起始量(mol/L) 1       3         0         0
变化量(mol/L) 0.75   2.25     0.75      0.75
平衡量(mol/L) 0.25    0.75     0.75      0.75
H2的平均反应速率v(H2)=$\frac{△c}{△t}$=$\frac{2.25mol•{L}^{-1}}{10min}$=0.225mol•L-1•min-1
故答案为:0.225mol•L-1•min-1
②A.加入催化剂,v (CO2)增大,故A正确;
B.充入He(g),使体系压强增大,但反应物浓度不变,所以v (CO2)不变,故B错误;
C.将H2O(g)从体系中分离,则生成物浓度减小,则浓度减小,故C错误;
D.升高温度,v (CO2)增大,故D正确;
故答案为:AD;
③A.反应前后气体的体积不等,所以压强一直在变,则当压强不变时能说明达到平衡,故A正确;
B.反应前后质量不变,体积也不变,所以密度一直不变,则混合气体的密度不再变化不能说明达到平衡,故B错误;
C.CO2、H2和CH3OH的浓度不再变化,说明达到平衡,故C正确;
D.单位时间内消耗3molH2的同时生成1molCH3OH,都是指正反应方向,不能说明达到平衡,故D错误;
E.CO2(g)+3H2(g)=CH3OH(g)+H2O(g)△H=-49.0kJ/mol,CO2结构简式为O=C=O,1个分子有2个C=O键,当2个C=O键断裂的同时,必有3个H-H键断裂,与是否已达到平衡无关,故E错误;
故答案为:AC.

点评 本题考查了热化学方程式的书写原则,化学反应速率、平衡状态的判断以及化学平衡的计算的应用,图象分析是关键,综合性较大,难度中等.

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