Question

16．甲醇是重要的化工原料，又可做为燃料．利用合成气（主要成分为CO、CO₂和H₂）在催化剂的作用下合成甲醇，发生的主反应如下：
ⅠCO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）△H₁
ⅡCO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）△H₂=-58kJ/mol
ⅢCO₂（g）+H₂（g）?CO（g）+H₂O（g）△H₃
回答下列问题：
（1）物质的标准生成热是常用的化学热力学数据，可以用来计算化学反应热．即化学反应热：△H=生成物标准生成热综合-反应物标准生成热总和．
已知四种物质的标准生成热如表：

物质	CO	CO2	H2	CH3OH（g）
标准生成热（kJ/mol）	-110.52	-393.51	0	-201.25

A．计算△H₁=-90.73kJ/molkJ/mol      B．△H₃＞0（填=、＜、＞）
（2）由甲醇在一定条件下制备甲醚．一定温度下，在三个体积均为1.0L的恒容密闭容器中发生反应：2CH₃OH（g）?CH₃OCH₃（g）+H₂O（g）．实验数据见表：

容器编号	温度（℃）	起始物质的量（mol）			平衡物质的量（mol）
		CH3OH（g）	CH3OCH3（g）	H2O（g）	CH3OCH3（g）	H2O（g）
a	387	0.20	0	0	0.080	0.080
b	387	0.40	0	0
c	207	0.20	0	0	0.090	0.090

下列说法正确的是AD
A．该反应的正反应为放热反应
B．达到平衡时，容器a中的CH₃OH体积分数比容器b中的小
C．容器a中反应到达平衡所需时间比容器c中的长
D．若起始时向容器a中充入CH₃OH 0.15mol、CH₃OCH₃ 0.15mol和H₂O 0.10mol，则反应将向正反应方向进行
（3）合成气的组成$\frac{n（{H}_{2}）}{n（CO+C{O}_{2}）}$=2.60时，体系中的CO平衡转化率（α）与温度和压强的关系如图所示．
①α（CO）值随温度升高而减小（填“增大”或“减小”），其原因是升高温度时，反应Ⅰ为放热反应，平衡向左移动，使得体系中CO的量增大；反应Ⅲ为吸热反应，平衡向右移动，CO产生的量也增大；总结果，随温度升高，使CO的转化率降低．
②图中P₁、P₂、P₃的大小关系为P₃＞P₂＞P₁，其判断理由是相同温度下，由于反应Ⅰ为气体分子数减小的反应，加压有利于提升CO的转化率；而反应Ⅲ为气体分子数不变的反应，产生CO的量不受压强影响；故增大压强，CO的转化率升高．
（4）甲醇可以制成燃料电池，与合成气制成燃料电池相比优点是：装置简单，减小了电池的体积；若以硫酸作为电解质其负极反应为：CH₃OH-6e^-+H₂O=CO₂+6H⁺．

Answer 1

分析 （1）化学反应热：△H=生成物标准生成热综合-反应物标准生成热总和，结合图表数据和反应ⅠCO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）△H₁，ⅡCO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）△H₂=-58kJ/mol，ⅢCO₂（g）+H₂（g）?CO（g）+H₂O（g）△H₃，结合盖斯定律计算分析；
（2）A．对比a、c可知，升高温度CH₃OCH₃（g）的物质的量减小，说明平衡逆向移动，而升高温度平衡向吸热反应移动；
B．b等效为a中平衡基础上压强增大一倍，反应气体体积不变，平衡不移动；
C．温度越高，反应速率越快；
D．根据a中数据计算平衡常数，计算此时浓度商Qc，若Qc=K，处于平衡状态，若Qc＜K，反应向正反应进行，若Qc＞K，反应向逆反应进行；
（3）①由图可知，压强一定时，随温度的升高，CO的转化率降低，根据升高温度对反应①、③的影响，进行分析CO转化率变化原因；
②相同温度下，反应③前后气体分子数不变，压强改变不影响其平衡移动，反应①正反应为气体分子式减小的反应，增大压强，有利于平衡向正反应方向移动，CO的转化率增大；
（4）从装置结构分析，硫酸做电解质溶液，负极甲醇失电子得到二氧化碳，结合电荷守恒书写电极反应．

解答 解：（1）A．反应Ⅰ、CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）△H₁=-201.25KJ/mol-（-110.52KJ/mol）-0=-90.73 kJ/mol，
故答案为：-90.73 kJ/mol；
B．Ⅱ、CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）△H₂=-58kJ/mol，
Ⅲ、CO₂（g）+H₂（g）?CO（g）+H₂O（g）△H₃，
盖斯定律计算Ⅱ-Ⅲ得到CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）△H=（-58kJ/mol-△H₃）=-90.73 kJ/mol，△H₃=+32.73KJ/mol，则△H₃＞0，
故答案为：＞；
（2）A．对比a、c可知，升高温度CH₃OCH₃（g）的物质的量减小，说明平衡逆向移动，而升高温度平衡向吸热反应移动，则正反应为放热反应，故A正确；
B．b等效为a中平衡基础上压强增大一倍，反应气体体积不变，平衡不移动，容器a中的CH₃OH体积分数与容器b中的相等，故B错误；
C．a中温度高，反应速率快，到达平衡时间更短，故C错误；
D．容器a中平衡时c（CH₃OCH₃）=c（H₂O）=$\frac{0.08mol}{1L}$=0.080mol/L，c（CH₃OH）$\frac{0.2mol-0.08mol×2}{1L}$=0.04mol/L，容器a中化学平衡常数K₁=$\frac{0.08×0.08}{0.0{4}^{2}}$=4，此时浓度商Qc=$\frac{0.15×0.1}{0.1{5}^{2}}$=0.67＜K=4，反应向正反应进行，故D正确，
故答案为：AD；
（3）①由图可知，压强一定时，随温度的升高，CO的转化率减小，反应①正反应为放热反应，升高温度，平衡向逆反应方向移动，平衡体系中CO的量增大，反应③为吸热反应，升高温度，平衡向正反应方向移动，又使平衡体系中CO的增大，总结果，随温度升高，CO的转化率减小，
故答案为：减小；反应①正反应为放热反应，升高温度，平衡向逆反应方向移动，平衡体系中CO的量增大，反应③为吸热反应，升高温度，平衡向正反应方向移动，又使平衡体系中CO的增大，总结果，随温度升高，CO的转化率减小；
②相同温度下，反应③前后气体分子数不变，压强改变不影响其平衡移动，反应①正反应为气体分子数减小的反应，增大压强，有利于平衡向正反应方向移动，CO的转化率增大，故增大压强有利于CO的转化率升高，故压强：P₁＞P₂＞P₃，
故答案为：P₁＞P₂＞P₃；相同温度下，反应③前后气体分子数不变，压强改变不影响其平衡移动，反应①正反应为气体分子数减小的反应，增大压强，有利于平衡向正反应方向移动，CO的转化率增大，故增大压强有利于CO的转化率升高；
（4）甲醇可以制成燃料电池，与合成气制成燃料电池相比优点是装置简单，减小了电池的体积，负极甲醇失电子得到二氧化碳，结合电荷守恒书写电极反应CH₃OH-6e^-+H₂O=CO₂+6H⁺，
故答案为：装置简单，减小了电池的体积；CH₃OH-6e^-+H₂O=CO₂+6H⁺．

点评 本题考查反应热有关计算、平衡常数及其影响因素、化学平衡的影响因素、化学平衡图象综合应用、原电池原理的理解分析等，侧重考查学生分析计算能力，需要学生具备扎实的基础，难度中等．