Question

6．由于温室效应和资源短缺等问题，如何降低大气中的CO₂含量并加以开发利用，引起了各国的普遍重视．目前工业上有一种方法是用CO₂生产燃料甲醇．
（1）在25⁰C、101KPa时，3.2克甲醇（CH₃0H，液态）完全燃烧生成CO₂和液态水时放热72.576kJ，则能表示甲醇燃烧的热化学方程式为CH₃OH（l）+$\frac{3}{2}$O₂（g）=CO₂（g）+2H₂O（l）△H=-725.76KJ/mol．
（2）为探究反应原理，现进行如下实验，在容积固定2L的密闭容器中，充入2mol CO₂和6mol H₂，一定条件下发生反应：CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）△H=-49kJ/mol，测得CO₂和H₂O （g）的浓度随时间变化如图所示．

①从反应开始到平衡，用CO₂浓度变化表示的平均反应速率：
v（CO₂）=0.075mol/（L•min）；
②平衡时H₂的转化率为75%；
③平衡常数K=5.33
④反应过程中释放的热量为73.5kJ；
⑤达到平衡后，下列措施中能使平衡正向移动的是BC．
A．升高温度                     B．再充入3mol H₂
C．将CH₃OH （g）从体系中分离        D．充入He（g），使体系压强增大．

Answer 1

分析 （1）在25℃、101kPa下，3.2克甲醇（CH₃0H）完全燃烧生成CO₂和液态水时放热72.576kJ，32g甲醇燃烧生成液态水和二氧化碳气体放热22.68KJ×32=725.76KJ，依据热化学方程式的书写方法和注意问题，标注对应反应的焓变写出；
（2）①根据v=$\frac{△c}{△t}$计算；
②根据氢气的平衡浓度判断转化的物质的量，进而可计算转化率；
③根据平衡常数等于生成物的浓度幂之积除以反应物的浓度幂之积计算；
④依据①计算得到反应消耗0.75mol/×2L=1.5mol，依据热化学方程式计算反应放出的热量；
⑤CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）△H=-49kJ/mol，反应是气体体积较小的放热反应，依据化学平衡移动原理分析判断；

解答 解：（1）在25℃、101kPa下，3.2克甲醇（CH₃0H）完全燃烧生成CO₂和液态水时放热72.576kJ，32g甲醇燃烧生成液态水和二氧化碳气体放热22.68KJ×32=725.76KJ，反应的热化学方程式为CH₃OH（l）+$\frac{3}{2}$O₂（g）=CO₂（g）+2H₂O（l）△H=-725.76KJ/mol，
故答案为：CH₃OH（l）+$\frac{3}{2}$O₂（g）=CO₂（g）+2H₂O（l）△H=-725.76KJ/mol；
（2）①利用三段式解题法计算，图象分析可知二氧化碳浓度为1mol/L，氢气浓度为3mol/L，
              CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g），
开始（mol/L）：1        3          0           0
变化（mol/L）：0.75    2.25       0.75       0.75 
平衡（mol/L）：0.25    0.75       0.75       0.75
从反应开始到平衡，氢气的平均反应速率v（CO₂）=$\frac{0.75mol/L}{10min}$=0.075 mol•L^-1•min^-1，
故答案为：0.075；
②氢气的转化率=$\frac{2.25mol/L}{3mol/L}$×100%=75%，
故答案为：75%；
③平衡常数等于生成物的浓度幂之积除以反应物的浓度幂之积，则k=$\frac{c（C{H}_{3}OH）c（{H}_{2}O）}{c（C{O}_{2}）{c}^{3}（{H}_{2}）}$=$\frac{0.75×0.75}{0.25×0.7{5}^{3}}$=5.33，
故答案为：5.33；
④CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）△H=-49kJ/mol，
①反应消耗0.75mol/×2L=1.5mol，反应放热=$\frac{1.5mol×49KJ}{1mol}$=73.5KJ，
故答案为：73.5；
⑤CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）△H=-49kJ/mol，反应是气体体积较小的放热反应，
A．反应是放热反应，升高温度平衡逆向进行，故A错误；                     
B．再充入3mol H₂ 增大反应物浓度，平衡正向进行，故B正确；
C．将CH₃OH （g）从体系中分离，减少生成物浓度平衡正向进行，故C正确；        
D．充入He（g），使体系压强增大，但分压不变，平衡不变，故D错误；
故答案为：BC．

点评 本题考查较为综合，涉及热化学方程式书写、化学平衡计算以及平衡移动等问题，题目难度中等，注意根据图象计算各物质的平衡浓度为解答该题的关键．