Question

5．甲醇是重要的化工原料，又可稱(chēng)為燃料．利用合成氣（主要成分為CO、CO₂和H₂）在催化劑的作用下合成甲醇，發(fā)生的主反應(yīng)如下：
①CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）△H₁
②CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）△H₂
③CO₂（g）+H₂（g）?CO（g）+H₂O（g）△H₃
回答下列問(wèn)題：
（1）已知反應(yīng)①中的相關(guān)的化學(xué)鍵鍵能數(shù)據(jù)如下：（其中CO中的碳氧鍵為C$\frac{\underline{\;←\;}}{\;}$O）

化學(xué)鍵	H-H	C-O	C$\frac{\underline{\;←\;}}{\;}$O	H-O	C-H
E/（kJ．mol-1）	436	343	1076	465	413

由此計(jì)算△H₁=-99kJ•mol^-1，已知△H₂=-58kJ•mol^-1，則△H₃=+41kJ•mol^-1．
（2）在25℃、101KPa下，每充分燃燒1g CH₃OH并恢復(fù)到原狀態(tài)，會(huì)釋放22.68KJ的熱量．請(qǐng)寫(xiě)出表示甲醇燃燒熱的熱化學(xué)反應(yīng)方程式：CH₃OH（l）+$\frac{3}{2}$O₂（g）=CO₂（g）+2H₂O（l）△H=-725.76kJ•mol^-1．
（3）對(duì)于第二個(gè)反應(yīng)方程式：CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g），在一恒溫恒容密閉容器中充入1molCO₂和3mol H₂，進(jìn)行上述反應(yīng)．測(cè)得CO₂和CH₃OH（g）的濃度隨時(shí)間變化如圖所示．試回答：0～10min內(nèi)，氫氣的平均反應(yīng)速率為0.225mol•L^-1•mm^-1．該反應(yīng)平衡常數(shù)表達(dá)式$\frac{c（C{H}_{3}OH）•c（{H}_{2}O）}{c（C{O}_{2}）•{c}^{3}（{H}_{2}）}$．第10min后，若向該容器中再充入1mol CO₂和3mol H₂，則再次達(dá)到平衡時(shí)CH₃OH（g）的體積分?jǐn)?shù)變大（填“變大”、“減少”或“不變”）．該反應(yīng)的平衡常數(shù)不變（填“變大”、“變小”或“不變”）．

Answer 1

分析 （1）反應(yīng)熱=反應(yīng)物總鍵能-生成物總鍵能；根據(jù)蓋斯定律：反應(yīng)②-反應(yīng)①=反應(yīng)③，反應(yīng)熱也進(jìn)行相應(yīng)的計(jì)算；
（2）依據(jù)燃燒熱概念是1mol可燃物完全燃燒生成穩(wěn)定氧化物放出的熱量，題干所給量計(jì)算32g甲醇燃燒生成二氧化碳和液態(tài)水放熱，結(jié)合熱化學(xué)方程式書(shū)寫(xiě)方法，標(biāo)注物質(zhì)聚集狀態(tài)和對(duì)應(yīng)焓變；
（3）根據(jù)v=$\frac{△c}{△t}$；等于平衡時(shí)生成物濃度冪之積比上反應(yīng)物濃度冪之積，第10min后，若向該容器中再充入1mol CO₂和3mol H₂，相當(dāng)于增大壓強(qiáng)，平衡正向移動(dòng)，平衡常數(shù)是溫度的函數(shù)，由此分析解答．

解答 解：（1）反應(yīng)熱=反應(yīng)物總鍵能-生成物總鍵能，故△H₁=1076kJ．mol^-1+2×436kJ．mol^-1-（3×413+343+465）kJ．mol^-1=-99kJ．mol^-1；
根據(jù)蓋斯定律：反應(yīng)②-反應(yīng)①=反應(yīng)③，故△H₃=△H₂-△H₁=-58kJ．mol^-1-（-99kJ．mol^-1）=+41kJ．mol^-1，
故答案為：-99；+41；
（2）在25℃、101kPa下，1g甲醇（CH₃OH）燃燒生成CO₂和液態(tài)水時(shí)放熱22.68kJ．32g甲醇燃燒生成二氧化碳和液態(tài)水放出熱量為725.76KJ；則表示甲醇燃燒熱的熱化學(xué)方程式為：CH₃OH（l）+$\frac{3}{2}$O₂（g）=CO₂（g）+2H₂O（l）△H=-725.76kJ•mol^-1，
故答案為：CH₃OH（l）+$\frac{3}{2}$O₂（g）=CO₂（g）+2H₂O（l）△H=-725.76kJ•mol^-1
（3）v（CH₃OH）=$\frac{0.75mol/L}{10min}$=0.075mol/（L•min），而v（H₂）=3v（CH₃OH）=0.075mol/（L•min）×3=0.225mol•L^-1•mm^-1、平衡常數(shù)K=$\frac{c（C{H}_{3}OH）•c（{H}_{2}O）}{c（C{O}_{2}）•{c}^{3}（{H}_{2}）}$、相當(dāng)于增大壓強(qiáng)，平衡正向移動(dòng)，再次達(dá)到平衡時(shí)CH₃OH（g）的體積分?jǐn)?shù)變大、平衡常數(shù)是溫度的函數(shù)，溫度不變，平衡常數(shù)不變，故答案為：0.225mol•L^-1•mm^-1；$\frac{c（C{H}_{3}OH）•c（{H}_{2}O）}{c（C{O}_{2}）•{c}^{3}（{H}_{2}）}$；變大；不變．

點(diǎn)評(píng) 本題考查反應(yīng)熱有關(guān)計(jì)算、平衡常數(shù)及其影響因素、化學(xué)平衡的影響因素、化學(xué)平衡圖象綜合應(yīng)用等，側(cè)重考查學(xué)生分析計(jì)算能力，需要學(xué)生具備扎實(shí)的基礎(chǔ)，難度中等．