Question

實現(xiàn)“節(jié)能減排”和“低碳經(jīng)濟”的一項重要課題就是    如何將CO₂轉(zhuǎn)化為可利用的資源．目前工業(yè)上有一種方法是用CO₂來生產(chǎn)燃料甲醇．一定條件下發(fā)生反應(yīng)：
CO₂（g）+3H₂（g）═CH₃OH（g）+H₂O（g），圖1表示該反應(yīng)過程中能量（單位為kJ?mol^-1）的變化：
（1）關(guān)于該反應(yīng)的下列說法中，正確的是

C

（填字母）．
A．△H＞0，△S＞0   B．△H＞0，△S＜0   C．△H＜0，△S＜0    D．△H＜0，△S＞0
（2）為探究反應(yīng)原理，現(xiàn)進行如下實驗，在體積為l L的密閉容器中，充入l mol CO₂和3mol H₂，一定條件下發(fā)生反應(yīng)：CO₂（g）+3H₂（g）═CH₃OH（g）+H₂O（g），測得CO₂和CH₃OH（g）的濃度隨時間變化如上圖2所示．
①從反應(yīng)開始到平衡，CH₃OH的平均反應(yīng)速率v（CH₃OH）=

0.075mol

 mol?（L?min）^-1；H₂的轉(zhuǎn)化率=

75%

②該反應(yīng)的平衡常數(shù)表達式K=

c(CH3OH)?c(H2O)

c(CO2)?c3(H2)

③下列措施中能使化學(xué)平衡向正反應(yīng)方向移動的是

BD

 （填字母）．
A．升高溫度                B．將CH₃OH（g）及時液化抽出
C．選擇高效催化劑          D．再充入l molCO₂和3molH₂
（3）25℃，1.01×10⁵Pa時，16g 液態(tài)甲醇完全燃燒，當(dāng)恢復(fù)到原狀態(tài)時，放出363.3kJ的熱量，寫出表示CH₃OH燃燒熱的熱化學(xué)方程式：

CH₃OH（l）+

3

2

O₂（g）=CO₂（g）+2H₂O（l）△H=-726.6 kJ?mol^-1

．

Answer 1

分析：（1）依據(jù)反應(yīng)和圖象分析判斷：CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g），氣體的物質(zhì)的量減少，反應(yīng)是熵減少的反應(yīng)△S＜0；反應(yīng)物能量高于生成物的能量，判斷反應(yīng)是放熱反應(yīng)，△H＜0；
（2）二氧化碳是反應(yīng)物隨反應(yīng)進行濃度減小，甲醇是生成物，隨反應(yīng)進行濃度增大；10nim內(nèi)達到平衡，生成甲醇濃度為0.75mol/L，二氧化碳濃度變化了0.75mol/L；
①根據(jù)c=

△c

△t

計算v（CH₃OH）；
根據(jù)濃度變化量之比等于化學(xué)計量數(shù)之比計算△c（H₂），計算參加反應(yīng)的氫氣的物質(zhì)的量，根據(jù)轉(zhuǎn)化率等于計算氫氣的轉(zhuǎn)化率；
②平衡常數(shù)等于生成物的濃度化學(xué)計量數(shù)冪之積除以反應(yīng)物的濃度化學(xué)計量數(shù)冪之積，
③依據(jù)化學(xué)反應(yīng)的影響因素和條件逐項分析判斷：
A、反應(yīng)是放熱反應(yīng)，升溫平衡逆向進行；
B、將CH₃OH（g）及時液化抽出，減小生成物的量平衡正向進行；
C、選擇高效催化劑只能改變速率，不改變化學(xué)平衡；
D、再充入l molCO₂和3molH₂，增大壓強平衡正向進行；
（3）25℃，1.01×10⁵Pa時，16g液態(tài)甲醇完全燃燒，當(dāng)恢復(fù)到原狀態(tài)時，放出363.3kJ的熱量，則1mol甲醇完全燃燒恢復(fù)到原狀態(tài)時，放出熱量=363.3kJ×

1mol×32g/mol

16g

=726.6kJ，依據(jù)書寫熱化學(xué)方程式的方法寫出甲醇燃燒熱的熱化學(xué)方程式．

解答：解：（1）依據(jù)反應(yīng)和圖象分析判斷：CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g），氣體的物質(zhì)的量減少，反應(yīng)是熵減少的反應(yīng)△S＜0；反應(yīng)物能量高于生成物的能量，判斷反應(yīng)是放熱反應(yīng)，△H＜0，
故答案為：C；
（2）二氧化碳是反應(yīng)物隨反應(yīng)進行濃度減小，甲醇是生成物，隨反應(yīng)進行濃度增大；10nim內(nèi)達到平衡，生成甲醇濃度為0.75mol/L，二氧化碳濃度變化了0.75mol/L，則：
①v（CH₃OH）=

0.75mol/L

10min

=0.075mol/（L?min）；
濃度變化量之比等于化學(xué)計量數(shù)之比，△c（H₂）=0.75mol/L×3=2.25mol/L，參加反應(yīng)的氫氣的物質(zhì)的量=2.25mol/L×1L=2.25mol，故氫氣的轉(zhuǎn)化率=

2.25mol

3mol

×100%=75%，
故答案為：0.075mol/（L?min）；75%；
②CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）的平衡常數(shù)表達式K=

c(CH3OH)?c(H2O)

c(CO2)?c3(H2)

，
故答案為：

c(CH3OH)?c(H2O)

c(CO2)?c3(H2)

；
③措施中能使化學(xué)平衡向正反應(yīng)方向移動的是：
A、反應(yīng)是放熱反應(yīng)，升溫平衡逆向進行；故A錯誤；
B、將CH₃OH（g）及時液化抽出，減小生成物的量，平衡正向進行，故B正確；
C、選擇高效催化劑只能改變速率，不改變化學(xué)平衡，故C錯誤；
D、再充入l molCO₂和4molH₂，增大壓強平衡正向進行，故D正確；
故選：BD；
（3）25℃，1.01×10⁵Pa時，16g液態(tài)甲醇完全燃燒，當(dāng)恢復(fù)到原狀態(tài)時，放出363.3kJ的熱量，則1mol甲醇完全燃燒恢復(fù)到原狀態(tài)時，放出熱量=363.3kJ×

1mol×32g/mol

16g

=726.6kJ，故甲醇燃燒熱的熱化學(xué)方程式為：CH₃OH（l）+

3

2

O₂（g）=CO₂（g）+2H₂O（l）△H=-726.6 kJ?mol^-1；
故答案為：CH₃OH（l）+

3

2

O₂（g）=CO₂（g）+2H₂O（l）△H=-726.6 kJ?mol^-1．

點評：本題考查了反應(yīng)的焓變判斷，熱化學(xué)方程式的書寫，化學(xué)平衡的影響因素，化學(xué)平衡的計算、化學(xué)平衡常數(shù)等，圖象分析是關(guān)鍵，難度中等．