Question

11．科學(xué)家利用太陽能分解水生產(chǎn)的氫氣在催化劑作用下與二氧化碳反應(yīng)生成甲醇（CH₃OH）．已知H₂（g）、CO（g）和CH₃OH（l）的燃燒熱分別為285.8kJ•mol^-1、283.0kJ•mol^-1和726.5kJ•mol^-1．
請回答下列問題：
（1）寫成表示H₂（g）的燃燒熱的熱化學(xué)方程式：H₂（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）=H₂O（l）△H=-285.8kJ/mol．
（2）用太陽能分解36g水消耗的能量是571.6kJ．
（3）CH₃OH（l）不完全燃燒生成一CO和液態(tài)水的熱化學(xué)方程式為．CH₃OH（l）+O₂（g）=CO（g）+2 H₂O（l）△H=-443.5kJ•mol^-1．
（4）在容積為2L的恒容密閉容器中，由CO₂和H₂合成甲醇，其反應(yīng)方程式為：CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g），實驗結(jié)果如圖所示：
①試寫出上述反應(yīng)的平衡常數(shù)的表達式K=$\frac{C（C{H}_{3}OH）•C（{H}_{2}O）}{C（C{O}_{2}）•{C}^{3}（{H}_{2}）}$；
②處于A點的反應(yīng)體系從T₁變到T₂，達平衡時$\frac{n（{H}_{2}）}{n（C{H}_{3}OH）}$增大（填”“增大”、“減小”或“不變”）．
③保持溫度時，將1molCO₂和3molH₂，充分反應(yīng)后達平衡，若CO₂轉(zhuǎn)化率為a，則容器內(nèi)平衡時壓強與起始壓強之比為（2-a）：2．
④下列圖象分別代表焓變（△H）、混合氣體平均相對分子質(zhì)量（$\overline{M}$）、n（H₂）和混合氣體密度（ρ）與反應(yīng)時間的關(guān)系，其中正確且能表明該可逆反應(yīng)達到平衡狀態(tài)的是BC（填標號）．

Answer 1

分析 （1）H₂（g）的燃燒熱分別為285.8kJ•mol^-1、，據(jù)熱化學(xué)方程式的含義，H₂的標準燃燒熱的熱化學(xué)方程式為：H₂（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）=H₂O（l）△H=-285.8kJ/mol；（2）氫氣的燃燒熱可知水分解吸收的能量，然后利用化學(xué)計量數(shù)與反應(yīng)熱的關(guān)系來計算；
（3）根據(jù)CO和CH₃OH的燃燒熱先書寫熱方程式，再利用蓋斯定律來分析甲醇不完全燃燒生成一氧化碳和液態(tài)水的熱化學(xué)方程式；
（4）①、根據(jù)平衡常數(shù)的定義再結(jié)合方程式直接寫出平衡常數(shù)的表達式；
②處于A點的反應(yīng)體系從T₁變到T₂，升高溫度，平衡向逆反應(yīng)方向移動，達到平衡時，氫氣物質(zhì)的量增大、甲醇的物質(zhì)的量減小，故達平衡時$\frac{n（{H}_{2}）}{n（C{H}_{3}OH）}$增大；
③根據(jù)CO₂的轉(zhuǎn)化率求得平衡時各物質(zhì)的物質(zhì)的量，壓強之比等于物質(zhì)的量之比，從而求得結(jié)論；
④反應(yīng)達到平衡狀態(tài)時，同一物質(zhì)的正逆反應(yīng)速率相等，平衡時各種物質(zhì)的物質(zhì)的量濃度、百分含量等不再發(fā)生變化，以及由此衍生的一些量也不發(fā)生變化，說明可逆反應(yīng)到達平衡狀態(tài)，結(jié)合圖象分析．

解答 解：（1）H₂（g）的燃燒熱分別為285.8kJ•mol^-1、，據(jù)熱化學(xué)方程式的含義，H₂的標準燃燒熱的熱化學(xué)方程式為：H₂（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）=H₂O（l）△H=-285.8kJ/mol，故答案為：H₂（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）=H₂O（l）△H=-285.8kJ/mol；
（2）H₂（g）的燃燒熱△H為-285.8kJ•mol^-1知，1molH₂（g）完全燃燒生成1molH₂O（l）放出熱量285.8kJ，即分解1mol H₂O（l）為1mol H₂（g）消耗的能量為285.8kJ，36g水的物質(zhì)的量為2mol，則分解2mol H₂O（l）消耗的能量為285.8kJ×2=571.6kJ，
故答案為：571.6kJ；
（3）由CO（g）和CH₃OH（l）的燃燒熱△H分別為-283.0kJ•mol^-1和-726.5kJ•mol^-1，則
①CO（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）=CO₂（g）△H=-283.0kJ•mol^-1
②CH₃OH（l）+$\frac{3}{2}$O₂（g）=CO₂（g）+2 H₂O（l）△H=-726.5kJ•mol^-1
由蓋斯定律可知用②-①得反應(yīng)CH₃OH（l）+O₂（g）=CO（g）+2 H₂O（l），
該反應(yīng)的反應(yīng)熱△H=-726.5kJ•mol^-1-（-283.0kJ•mol^-1）=-443.5kJ•mol^-1，
故答案為：CH₃OH（l）+O₂（g）=CO（g）+2 H₂O（l）△H=-443.5kJ•mol^-1；
（4）①根據(jù)平衡常數(shù)的定義再結(jié)合方程式CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g），可知平衡常數(shù)的表達式為：K=$\frac{C（C{H}_{3}OH）•C（{H}_{2}O）}{C（C{O}_{2}）•{C}^{3}（{H}_{2}）}$，
故答案為：K=$\frac{C（C{H}_{3}OH）•C（{H}_{2}O）}{C（C{O}_{2}）•{C}^{3}（{H}_{2}）}$；
②處于A點的反應(yīng)體系從T₁變到T₂，升高溫度，平衡向逆反應(yīng)方向移動，達到平衡時，氫氣物質(zhì)的量增大、甲醇的物質(zhì)的量減小，故達平衡時$\frac{n（{H}_{2}）}{n（C{H}_{3}OH）}$增大，故答案為：增大；
③由化學(xué)平衡的三段模式法計算可知，
       CO₂ （g）+3H₂（g）=CH₃OH（g）+H₂O（g）
起始    1        3          0          0
變化    a        3a         a          a
平衡    1-a      3-3a       a          a
根據(jù)相同條件下氣體的壓強之比等于物質(zhì)的量之比，
則容器內(nèi)的壓強與起始壓強之比為=（1-a+3-3a+a+a）：（1+3）=（2-a）：2，
故答案為：（2-a）：2；
④A．對與固定的反應(yīng)焓變是固定不變的，與平衡狀態(tài)無關(guān)，故A錯誤；
B．隨著反應(yīng)的進行，氣體物質(zhì)的量減小，氣體的質(zhì)量不變，則混合氣體平均相對分子質(zhì)量逐漸增大，當混合氣體平均相對分子質(zhì)量不變時即是平衡狀態(tài)，故B正確；
C．n（H₂）不變，正逆反應(yīng)速率相等，即是平衡狀態(tài)，故C正確；
D．容器的體積不變，氣體的質(zhì)量守恒，則混合氣體的密度始終不變，所以混合氣體的密度不變時，不一定是平衡狀態(tài)，故D錯誤；
故答案為：BC．

點評 本題考查了蓋斯定律、熱化學(xué)方程式的書寫、化學(xué)平衡常數(shù)、影響平衡的因素、化學(xué)平衡的計算、原電池的電極反應(yīng)等內(nèi)容，考查的點較多，知識夸度大，對學(xué)生來講有一定的難度．