Question

5．为了节约煤炭和石油资源，用较少的碳原料生成较多的燃料提供给人类，一碳化学应运而生．合成气（CO、H₂）、甲烷和甲醇是一碳化学的基础原料，表所列为25℃、101kPa时四种物质的燃烧热：

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

回答下列问题：
（1）25℃时，用合成气制备甲醇的热化学方程式CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（l）△H=-128.1kJ?mol^-1．
（2）工业上可利用甲烷制造合成气，发生的反应为CH₄（g）+CO₂（g）?2CO（g）+2H₂（g）；某温度下，向容积为4L的恒容密闭容器中通入6mol CO₂和6mol CH₄发生上述反应，5min后在该温度下达到平衡，这时测得反应体系中各组分的体积分数相等，则该反应在0～5min内的平均反应速率v（CO）=0.2mol?L^-1?min^-1；在相同温度下，将上述反应改在起始容积为4L的恒压密闭容器内进行，则到达平衡的时间大于（填“大于”或“小于”或“等于”）5min．
（3）反应CH₃OH（g）+CO（g）?HCOOCH₃（g）△H=-29.1kJ?mol^-1为一碳化学在有机合成方面的重要应用．温度和压强对该反应的影响如图所示：

①根据反应体系的压强对甲醇转化率的影响并综合考虑生产成本因素，在下列各压强数据中，工业上制取甲酸（HCOOCH₃）甲酯应选择的压强是b（填下列序号字母）；
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实际工业生产中，采用的温度是80℃，其理由是高于80℃时，温度对反应速率影响较小，又因反应放热，升高温度时平衡逆向移动，转化率降低．

Answer 1

分析 （1）CO燃烧的热化学方程式：CO（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）═CO₂（g）△H=-283.0 kJ•mol^-1 ①
H₂燃烧的热化学方程式：H₂（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）═H₂O（l）△H=-285.8 kJ•mol^-1 ②
甲醇的燃烧热为CH₃OH（l）+$\frac{3}{2}$O₂（g）═CO₂（g）+2H₂O（l）△H=-726.5kJ/mol③
将方程式①+2②-③得CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（l），焓变进行相应的改变；
（2）某温度下，向容积为4L的恒容密闭容器中通入6mol CO₂和6mol CH₄发生反应CH₄（g）+CO₂（g）?2CO（g）+2H₂（g），5min后在该温度下达到平衡，这时测得反应体系中各组分的体积分数相等，说明四种气体的物质的量相等，设参加反应的n（CO₂）=xmol，
该反应CH₄（g）+CO₂（g）?2CO（g）+2H₂（g）
开始（mol）6           6               0               0
反应（mol）x          x               2x              2x
平衡（mol）6-x       6-x            2x              2x
因为各气体物质的量相等，则6-x=2x，x=2，
达到平衡状态时生成n（CO）=2x=4mol，该反应在0～5min内的平均反应速率v（CO）=$\frac{\frac{△n}{V}}{△t}$；在相同温度下，将上述反应改在起始容积为4L的恒压密闭容器内进行，该反应前后气体物质的量增大，则压强增大，则恒压条件下压强小于恒容条件下压强，压强越大反应速率越大；
（3）①增大压强甲醇转化率增大，但压强越大对设备要求越大；
②反应速率随温度升高而增大，升高温度平衡逆向移动．

解答 解：（1）CO燃烧的热化学方程式：CO（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）═CO₂（g）△H=-283.0 kJ•mol^-1 ①
H₂燃烧的热化学方程式：H₂（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）═H₂O（l）△H=-285.8 kJ•mol^-1 ②
甲醇的燃烧热为CH₃OH（l）+$\frac{3}{2}$O₂（g）═CO₂（g）+2H₂O（l）△H=-726.5kJ/mol ③
将方程式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，
故答案为：CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（l）△H=-128.1kJ?mol^-1；
（2）某温度下，向容积为4L的恒容密闭容器中通入6mol CO₂和6mol CH₄发生反应CH₄（g）+CO₂（g）?2CO（g）+2H₂（g），5min后在该温度下达到平衡，这时测得反应体系中各组分的体积分数相等，说明四种气体的物质的量相等，设参加反应的n（CO₂）=xmol，
该反应CH₄（g）+CO₂（g）?2CO（g）+2H₂（g）
开始（mol）6           6               0               0
反应（mol）x          x               2x              2x
平衡（mol）6-x       6-x            2x              2x
因为各气体物质的量相等，则6-x=2x，x=2，
达到平衡状态时生成n（CO）=2x=4mol，该反应在0～5min内的平均反应速率v（CO）=$\frac{\frac{△n}{V}}{△t}$=$\frac{\frac{4mol}{4L}}{5min}$=0.2mol?L^-1?min^-1；在相同温度下，将上述反应改在起始容积为4L的恒压密闭容器内进行，该反应前后气体物质的量增大，则压强增大，则恒压条件下压强小于恒容条件下压强，压强越大反应速率越大，则到达平衡的时间大于5min；
故答案为：0.2mol?L^-1?min^-1；大于；
（3）①从反应压强对甲醇转化率的影响“效率“看，图象中转化率较大的是4.0×10⁶Pa，故选：b；
②依据图象分析，温度在高于80°C对反应速率影响不大，反应是放热反应，温度过高，平衡逆向进行，不利于转化率增大，所以实际工业生产中采用的温度是80℃，
故答案为：温度高于80℃，升温对反应速率影响较小，且该反应放热，升高温度平衡逆向移动，转化率降低．

点评 本题考查化学平衡计算、盖斯定律、外界条件对化学平衡移动影响等知识点，为高频考点，侧重考查学生计算、分析判断能力，明确温度、压强对化学平衡移动影响原理是解本题关键，注意结合实际生产分析解答，题目难度不大．