Question

17．甲醇是一种可再生能源，具有广泛的开发和应用前景．
（1）工业上一般采用下列两种反应合成甲醇：
反应Ⅰ：CO（g）+2H₂（g）??CH₃OH（g）△H₁
反应Ⅱ：CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）△H₂
①上述反应符合“原子经济”原则的是I（填“Ⅰ”或“Ⅱ”）．
②下表所列数据是反应Ⅰ在不同温度下的化学平衡常数（K）．

温度	250℃	300℃	350℃
K	2.041	0.270	0.012

由表中数据判断，△H₁＜0（填“＞”、“=”或“＜”）．
③某温度下，将1mol CO和3mol H₂充入1L的密闭容器中，充分反应，达到平衡后，
测得c（CO）=0.2mol•L^-1，则CO的转化率为80%，此时的温度为250℃（从上表中选择）．
（2）已知在常温常压下：
①2CH₃OH（l）+3O₂（g）═2CO₂（g）+4H₂O（g）△H₁=-1 275.6kJ•mol^-1
②2CO（g）+O₂（g）═2CO₂（g）△H₂=-566.0kJ•mol^-1
③H₂O（g）═H₂O（l）△H₃=-44.0kJ•mol^-1
写出甲醇不完全燃烧生成一氧化碳和液态水的热化学方程式：CH₃OH（l）+O₂（g）═CO（g）+2H₂O（l）△H=-442.8kJ•mol^-1．

Answer 1

分析 （1）①反应符合“原子经济”，说明该反应中反应物都完全转化为生成物；
②升高温度平衡向吸热方向移动，根据化学平衡常数与温度关系确定反应热；
③达到平衡时n（CO）=0.2mol/L×1L=0.2mol，则参加反应的n（CO）=（1-0.2）mol=0.8mol，CO转化率=$\frac{参加反应的n（CO）}{反应初始n（CO）}$×100%；先计算平衡时各物质浓度，再计算化学平衡常数，从而确定温度；
（2）①2CH₃OH（l）+3O₂（g）═2CO₂（g）+4H₂O（g）△H₁=-1 275.6kJ•mol^-1
②2CO（g）+O₂（g）═2CO₂（g）△H₂=-566.0kJ•mol^-1
③H₂O（g）═H₂O（l）△H₃=-44.0kJ•mol^-1
将方程式$\frac{1}{2}$×（①-②+③×4）得到CH₃OH（l）+O₂（g）=CO（g）+2H₂O（l），焓变进行相应的改变．

解答 解：（1）①反应符合“原子经济”，说明该反应中反应物都完全转化为生成物，根据生成物种类知，I符合原子经济，故答案为：I；
②升高温度平衡向吸热方向移动，根据表中数据知，升高温度化学平衡常数减小，说明平衡逆向移动，则正反应是放热反应，△H＜0，故答案为：＜；
③达到平衡时n（CO）=0.2mol/L×1L=0.2mol，则参加反应的n（CO）=（1-0.2）mol=0.8mol，CO转化率=$\frac{参加反应的n（CO）}{反应初始n（CO）}$×100%=$\frac{0.8mol}{1mol}$×100%=80%；
                CO（g）+2H₂（g）??CH₃OH（g）
开始（mol/L）1           3                   0
反应（mol/L）0.8        1.6                0.8
平衡（mol/L）0.2        1.4                0.8
化学平衡常数K=$\frac{0.8}{1．{4}^{2}×0.2}$=2.041，所以该反应温度为250℃，
故答案为：80%；250℃；
（2）①2CH₃OH（l）+3O₂（g）═2CO₂（g）+4H₂O（g）△H=-1275.6kJ•mol^-1
②2CO（g）+O₂（g）═2CO₂（g）△H=-566.0kJ•mol^-1
③H₂O（g）═H₂O（l）△H=-44.0kJ•mol^-1
根据盖斯定律，将已知反应$\frac{1}{2}$×（①-②+③×4）得到CH₃OH（l）+O₂（g）=CO（g）+2H₂O（l），所以该反应的△H=$\frac{1}{2}$×[（-1275.6kJ/mol）-（-566.0kJ/mol）+（-44.0kJ/mol）×4]=-442.8kJ•mol^-1，即CH₃OH（l）+O₂（g）=CO（g）+2H₂O（l）△H=-442.8kJ•mol^-1，
故答案为：CH₃OH（l）+O₂（g）=CO（g）+2H₂O（l）△H=-442.8kJ•mol^-1．

点评 本题考查化学平衡计算及盖斯定律，为高频考点，侧重考查学生分析计算能力，注意：计算化学平衡常数K时必须用平衡时浓度计算，题目难度不大．