Question

11．甲醇（CH₃OH）来源丰富，价格低廉，运输储存方便，是一种重要的化工原料，有着重要的用途和应用前景．
（1）在25℃、101KPa下，1g甲醇（液态）燃烧生成CO₂和液态水放热22.68kJ．则表示甲醇燃烧热的热化学方程式为CH₃OH（l）+3/2O₂（g）=CO₂（g）+2H₂O（l）△H=-725.8kJ/mol．（△H的数值保留小数点后1位）
（2）工业上用CO与H₂反应生成甲醇（催化剂为Cu₂O/ZnO）．一定条件下，在体积为3L的密闭容器中进行反应：CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）．甲醇的物质的量随温度的变化如图所示，请回答下列问题：
①该反应正向为放热反应（填“放热”或“吸热”），升高温度，平衡常数K＜（填“增大”、“减小”或“不变”）．
②该反应的△S＜0（填“＞”或“＜”）在较低（填“较高”或“较低”）温度下有利于该反应自发进行．
③温度为T₂时，从反应开始到平衡，H₂表示的平均反应速率v（H₂）=$\frac{2nB}{3tB}$mol/（L．min）．
④在其他条件不变的情况下，将处于C点的平衡体系体积压缩到原来的1/2，重新平衡时，下列有关该体系的说法正确的是BC．
A． H₂的浓度减小   B．甲醇的百分含量增大  C．$\frac{c（C{H}_{3}OH）}{{c}^{2}（{H}_{2}）•c（CO）}$减小   D．$\frac{n（{H}_{2}）}{n（C{H}_{3}OH）}$增大
（3）已知反应2CH₃OH（g）═CH₃OCH₃（g）+H₂O（g）在某温度下的平衡常数为400．此温度下，在密闭容器中加入CH₃OH，反应到某时刻测得各组分的浓度如下：

物质	CH3OH	CH3OCH3	H2O
浓度/（mol•L-1）	0.44	0.6	0.6

①比较此时正、逆反应速率的大小：v_正＞ v_逆（填“＞”、“＜”或“=”）．
②若加入CH₃OH后，经10min反应达到平衡，此时c（CH₃OH）=0.04mol/L，该时间内反应速率v（CH₃OH）=0.16mol/L．

Answer 1

分析 （1）依据燃烧热概念是1mol可燃物完全燃烧生成稳定氧化物放出的热量，题干所给量计算32g甲醇燃烧生成二氧化碳和液态水放热，结合热化学方程式书写方法，标注物质聚集状态和对应焓变；
（2）①依据图象分析温度越高平衡逆向进行，反应是放热反应分析；
②根据反应前后气体的系数和的变化确定熵变符号，根据自发性进行的盘踞：△H-T△S进行判断；
③从反应开始到平衡，在t_B时间段内甲醇增加物质的量为n_B，依据化学方程式计算消耗氢气物质的量为2n_B，结合速率概念计算得到；
④依据平衡可知2H₂+CO=CH₃OH，体积压缩压强增大，分析判断选项；
（3）①K=生成物浓度幂之积与反应物浓度幂之积的比，结合平衡浓度计算，依据浓度商和平衡常数比较判断反应进行的方向；
②根据平衡常数计算平衡浓度，结合反应速率之比等于化学计量数之比计算v（CH₃OH）．

解答 解：（1）在25℃、101kPa下，1g甲醇（CH₃OH）燃烧生成CO₂和液态水时放热22.68kJ．32g甲醇燃烧生成二氧化碳和液态水放出热量为725.76KJ；则表示甲醇燃烧热的热化学方程式为：CH₃OH（l）+$\frac{3}{2}$O₂（g）=CO₂（g）+2H₂O（l）△H=-725.76kJ•mol^-1，
故答案为：CH₃OH（l）+$\frac{3}{2}$O₂（g）=CO₂（g）+2H₂O（l）△H=-725.76kJ•mol^-1；
（2）①图象分析温度越高，甲醇物质的量减小，说明平衡逆向进行，逆向是吸热反应，正向是放热反应，升高温度平衡逆向进行，K值减小，
故答案为：放热；减小；
②反应后气体的系数和是减小的，所以熵变小于零，即△S＜0，根据自发性进行的判据：△H-T△S，该放热反应△H＜0，△S＜0，所以在较低温度下自发进行，
故答案为：＜；较低；
③反应开始到平衡，在t_B时间段内甲醇增加物质的量为n_B，依据化学方程式计算消耗氢气物质的量为2n_B，氢气的反应速率=$\frac{2{n}_{B}}{3L{t}_{B}}$=$\frac{2nB}{3tB}$mol/（L．min）；
故答案为：$\frac{2nB}{3tB}$mol/（L．min）；
④其他条件不变的情况下，将处于E点的体系的体积压缩到原来的$\frac{1}{2}$，压强增大，平衡正向进行；
A．平衡正向进行，氢气物质的量减小，但体积减小为用原来的一半，氢气的浓度增大，故A错误；
B．压缩体积，增大压强，正反应速率加快，逆反应速率也加快，故B正确；
C．平衡正向进行，甲醇的物质的量增大，故C正确；
D．平衡正向进行，重新平衡时n（H₂）/n（CH₃OH）减小，故D错误；
故答案为：BC；
（3）①该反应的平衡常数表达式为：K=$\frac{c（C{H}_{3}OC{H}_{3}）•c（{H}_{2}O）}{{c}^{2}（C{H}_{3}OH）}$，将所给浓度带入平衡常数表达式：$\frac{0.6×0.6}{0.4{4}^{2}}$=1.86＜400，故反应向正反应方向进行，正反应速率大于逆反应速率，故答案为：＞；
②2CH₃OH（g）≒CH₃OCH₃（g）+H₂O（g）
某时刻浓度（mol•L^-1）：0.44           0.6      0.6
转化浓度（mol•L^-1）：2x               x         x  
平衡浓度（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，
故平衡时c（CH₃OH）=0.44mol/L-0.2mol/L×2=0.04mol/L，
起始时在密闭容器中加入CH₃OH，
则起始时甲醇的浓度为0.44moL/L+0.6mol/L×2=1.64mol/L，平衡时c（CH₃OH）=0.04mol/L，
则10min转化甲醇1.64moL/L-0.04moL/L=1.6mol/L，
所以甲醇的反应速率为v（CH₃OH）=$\frac{1.6mol/L}{10min}$=0.16 mol/（L•min），
故答案为：0.04 mol•L^-1； 0.16 mol/（L•min）．

点评 本题考查热化学方程式的书写、反应速率的计算、图象分析判断反应特征，平衡影响因素的分析理解，掌握基础是解题关键，题目难度中等．