Question

能源短缺是人類面臨的重大問題．甲醇是一種可再生能源．具有廣泛的開發和應用前景．因此甲醇被稱為21世紀的新型燃料．
（1）工業上一般采用下列兩種反應合成甲醇：
反應A：CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）△H₁
反應B：CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）△H₂
①下列條件中，能說明反應A達到平衡狀態的是    ．
A．生成甲醇的速率與生成水的速率相等    B．v（H₂）/3=v（CH₃OH）
C．恒容容器中，體系的壓強不再改變      D．恒容容器中，混合氣體密度不再發生改變
②在一定的壓強下，將CO與H₂的混合氣體在催化劑作用下能自發反應生成甲醇，則
△H₂    0，△S    0（填“＞”、“=”或“＜”）．
③對于反應B，若容器容積不變，下列措施可增加甲醇產率的是    ．
A．升高溫度                        B．將CH₃OH（g）從體系中分離
C．充入He，使體系總壓強增大        D．按原比例再充入CO和H．
④某溫度下，將2mol CO和6mol H₂，充人2L的密閉容器中，充分反應，達到平衡后，測得c（CO）=0.2mol?L^-1，則CO的轉化率為    ，則該溫度下該反應的平衡常數為    ．
（2）已知在常溫常壓下：
①2CH₃OH（I）十3O₂（g）=CO₂（g）+4H₂O（g）△H=-1275.6kJ?mol^-1
②2CO（g）+O₂ （g）═2CO₂ （g）△H=-566.0kJ?mol^-1
③H₂O（g）═H₂O（l）△H=-44.0kJ．mol^-1
寫出甲醇不完全燃燒生成一氧化碳和液態水的熱化學方程式    ．

Answer 1

【答案】分析：（1）①化學反應達到平衡狀態時，正逆反應速率相等，各物質的濃度不再發生改變，由此衍生的一些物理量不變，以此判斷是否達到平衡狀態；
②反應能自發進行，應滿足△G=△H-T?△S＜0；
③加甲醇產率，應使平衡向正反應方向移動；
④利用三段式法計算平衡濃度，進而可計算平衡常數；
（2）利用蓋斯定律計算反應熱．
解答：解：（1）①A．無論是否達到平衡狀態，都存在生成甲醇的速率與生成水的速率相等，不能用來判斷平衡狀態的標志，故A錯誤；    
B．v（H₂）=v（CH₃OH），符合反應速率之比等于化學計量數之比，但不能說明正逆反應速率相等，不能判斷是否達到平衡，故B錯誤；
C．反應前后氣體的化學計量數不等，恒容容器中，體系的壓強不再改變，說明達到平衡狀態，故C正確；      
D．化學反應前后氣體的質量不變，容器的體積不變，無論是否達到平衡狀態，恒容容器中，混合氣體密度都不發生改變，不能判斷是否達到平衡，故D錯誤．
故答案為：C；
②由方程式可知，反應生成氣體的物質的量減少，則△S＜0，反應能自發進行，應滿足△G=△H-T?△S＜0，則△H₂＜0，
故答案為：＜；＜；
③A．由①可知，該反應放熱，升溫，平衡向逆反應方向移動，甲醇產率減小，故A錯誤；
B．將CH₃OH（g）從體系中分離，平衡向正反應方向移動，甲醇產率增大，故B正確；
C．充入He，使體系總壓強增大，各物質的濃度不變，平衡不移動，故C錯誤
D．按原比例再充入CO₂和H₂，由等效平衡可知平衡正向移動，甲醇產率增大，故D正確；
故選：BD．
④設一氧化碳的變化量為x，則
                   CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）
初始濃度（mol/L）    1        3         0 
變化濃度（mol/L）   0.8      1.6        0.8
平衡濃度（mol/L）   0.2      2.4        0.8
則CO的轉化率=×100%=80%，平衡常數K===2.04，
故答案為：80%；2.04；
（2）甲醇不完全燃燒生成一氧化碳和液態水的反應CH₃OH（l）+O₂（g）=CO（g）+2H₂O（l）和反應①2CH₃OH（l）+3O₂（g）=2CO₂（g）+4H₂O（g）△H=-1275.6kJ/mol，②2CO （g）+O₂（g）=2CO₂（g）△H=-566.0kJ/mol，③H₂O（g）=H₂O（l）
△H=-44.0kJ/mol之間的關系為：①×-②×+2×③=-442.8 kJ∕mol，
故答案為：CH₃OH（l）+O₂（g）=CO（g）+2H₂O（l）△H=-442.8kJ∕mol．
點評：本題考查化學平衡以及化學反應與能量問題，題目綜合度較高，難度中等，本題注意把握化學平衡的計算以及反應熱的計算方法．