Question

14．甲醇（CH₃OH）是一種優(yōu)質(zhì)燃料，（1）已知一定條件下每1molCO₂和足量氫氣完全反應(yīng)可生成1mol氣態(tài)甲醇（CH₃OH）和1mol 水蒸汽并放出49kJ的熱量．請回答：
（1）該反應(yīng)的熱化學(xué)方程式：CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）△H=-49.0kJ/mol．其反應(yīng)過程中能量的變化與如圖1所示最相符的是A．

（2）為探究用CO₂來生產(chǎn)燃料甲醇的反應(yīng)原理，現(xiàn)進行如下實驗：在體積為1L的密閉容器中，充入1molCO₂和3molH₂，一定條件下發(fā)生反應(yīng)，測得CO₂和CH₃OH（g）的濃度隨時間變化如圖2．請回答：
①從反應(yīng)開始到平衡，甲醇和氫氣的反應(yīng)速率：v（CH₃OH）=0.075 mol•L^-1•min^-1v（H₂）=0.225mol•L^-1•min^-1 ；．
②下列措施中能使v （CO₂）增大的是AD．
A．加入催化劑  B．充入He（g），使體系壓強增大  C．將H₂O（g）從體系中分離   D．升高溫度
③能夠說明該反應(yīng)已達到平衡的是AC．
A．恒溫、恒容時，容器內(nèi)的壓強不再變化
B．恒溫、恒容時，容器內(nèi)混合氣體的密度不再變化
C．一定條件下，CO₂、H₂和CH₃OH的濃度不再變化
D．一定條件下，單位時間內(nèi)消耗3molH₂的同時生成1molCH₃OH．

Answer 1

分析 （1）每1molCO₂和足量氫氣完全反應(yīng)三可生成1mol氣態(tài)甲醇（CH₃OH）和1mol 水蒸汽并放出49kJ的熱量，據(jù)此寫出熱化學(xué)方程式；
由熱化學(xué)方程式可知該反應(yīng)為放熱反應(yīng)，則反應(yīng)物總能量大于生成物總能量，據(jù)此分析；
（2）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圖2所示．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依據(jù)化學(xué)平衡三段式列式利用V=$\frac{△c}{△t}$計算；
②依據(jù)升溫，增加濃度，加壓，加催化劑等可以加快反應(yīng)速率判斷；
③可逆反應(yīng)達到平衡狀態(tài)時，正逆反應(yīng)速率相等（同種物質(zhì)）或正逆反應(yīng)速率之比等于系數(shù)之比（不同物質(zhì)），平衡時各種物質(zhì)的物質(zhì)的量、濃度等不再發(fā)生變化，由此衍生的一些物理量不變，以此分析解答．

解答 解：（1）每1molCO₂和足量氫氣完全反應(yīng)三可生成1mol氣態(tài)甲醇（CH₃OH）和1mol 水蒸汽并放出49kJ的熱量，則熱化學(xué)方程式為CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）△H=-49.0kJ/mol，則該反應(yīng)為放熱反應(yīng)，則反應(yīng)物總能量大于生成物總能量，所以能量的變化與如圖1所示最相符的是A，
故答案為：CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）△H=-49.0kJ/mol；A；
（2）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圖2所示．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①依據(jù)化學(xué)平衡列式計算為：
CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）
起始量（mol/L） 1 3 0 0
變化量（mol/L） 0.75 2.25 0.75 0.75
平衡量（mol/L） 0.25 0.75 0.75 0.75
CH₃OH的平均反應(yīng)速率v（CH₃OH）=$\frac{0.75mol/L}{10min}$=0.075mol•L^-1•min^-1 ，H₂的平均反應(yīng)速率v（H₂）=$\frac{2.25mol/L}{10min}$=0.225mol•L^-1•min^-1 ；
故答案為：0.075 mol•L^-1•min^-1；0.225mol•L^-1•min^-1 ；
②A．加入催化劑，v （CO₂）增大，故A正確；
B．充入He（g），使體系壓強增大，但反應(yīng)物濃度不變，所以v （CO₂）不變，故B錯誤；
C．將H₂O（g）從體系中分離，則生成物濃度減小，則濃度減小，故C錯誤；
D．升高溫度，v （CO₂）增大，故D正確；
故選：AD；
③A．反應(yīng)前后氣體的體積不等，所以壓強一直在變，則當(dāng)壓強不變時能說明達到平衡，故A正確；
B．反應(yīng)前后質(zhì)量不變，體積也不變，所以密度一直不變，則混合氣體的密度不再變化不能說明達到平衡，故B錯誤；
C．CO₂、H₂和CH₃OH的濃度不再變化，說明達到平衡，故C正確；
D．單位時間內(nèi)消耗3molH₂的同時生成1molCH₃OH，都是指正反應(yīng)方向，不能說明達到平衡，故D錯誤；
故選AC．

點評 本題考查了熱化學(xué)方程式的書寫原則，化學(xué)反應(yīng)速率、平衡狀態(tài)的判斷以及化學(xué)平衡的計算的應(yīng)用，圖象分析是關(guān)鍵，綜合性較大，難度中等．