Question

7．已知25℃、101kpa時(shí)，一些物質(zhì)的燃燒熱為：

化學(xué)式	CO（g）	H2（g）	CH3OH（l）	CH4（g）
△H/（kJ/mol）	-283.0	-285.8	-726.5	-890.3

請(qǐng)回答下列問題．
（1）寫出該條件下CH₃OH（l）完全燃燒的熱化學(xué)方程式：CH₃OH（l）+$\frac{3}{2}$O₂（g）═CO₂（g）+2H₂O（l）△H=-726.5KJ•mol^-1．
（2）根據(jù)蓋斯定律完成下列反應(yīng)的熱化學(xué)方程式：CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（l）；△H=-128.1KJ•mol^-1．
（3）工業(yè)上利用水煤氣合成甲醇的主要反應(yīng)可表示為0.5CO（g）+H₂（g）?0.5CH₃OH（g）△H=-45.4kJ•mol^-1．向容積為1L的密閉容器中加入0.10mol H₂和0.05mol CO，在一定溫度下發(fā)生上述反應(yīng)，10min后反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)，測(cè)得放出熱量3.632kJ．
①相同溫度條件下，上述反應(yīng)的化學(xué)平衡常數(shù)K=100．
②若容器容積不變，下列措施可增加CH₃OH產(chǎn)率的是BD（填寫序號(hào)）．
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(qiáng)增大
D．再充入0.10mol H₂和0.05molCO
E．加入催化劑
③反應(yīng)達(dá)到平衡后，保持其他條件不變，若只把容器的體積縮小一半，平衡將正向（選填“逆向”“正向”或“不”）移動(dòng)，化學(xué)平衡常數(shù)K不變（選填“增大”“減小”或“不變”）．
④溫度、容積相同的甲、乙兩個(gè)密閉容器，若甲中加入1molCO和2mol H₂，乙中加入1mol CH₃OH（g），反應(yīng)達(dá)到平衡時(shí)甲放出的熱量為Q₁kJ，乙吸收的熱量為Q₂ kJ，反應(yīng)物的轉(zhuǎn)化率分別為a₁、a₂．則Q₁+Q₂=90.8；a₁+a₂=1．

Answer 1

分析 （1）根據(jù)燃燒熱的定義：在25℃、101kPa時(shí)，1mol可燃物完全燃燒生成穩(wěn)定的氧化物時(shí)放出的熱量．S轉(zhuǎn)化為SO₂，C轉(zhuǎn)化為二氧化碳，H轉(zhuǎn)化為液態(tài)水．故可以得出CH₃OH完全燃燒的熱化學(xué)方程式；
（2）分別寫出CO、H₂、CH₃OH熱化學(xué)方程式后，根據(jù)蓋斯定律就可得出要求的熱化學(xué)方程式及反應(yīng)熱；
（3）①利用三段式來解題；
②據(jù)化學(xué)平衡移動(dòng)原理，增加甲醇產(chǎn)率，即使化學(xué)平衡正向移動(dòng)即可；
③根據(jù)壓強(qiáng)對(duì)化學(xué)平衡的影響分析；根據(jù)影響化學(xué)平衡常數(shù)的因素分析；
④CO的轉(zhuǎn)化率為α₁，則平衡時(shí)CO的物質(zhì)的量為（1-α₁）mol，乙中平衡時(shí)甲醇的轉(zhuǎn)化率為α₂，乙中平衡時(shí)CO的物質(zhì)的量為α₂mol，甲與乙是完全等效平衡，平衡時(shí)對(duì)應(yīng)各組分的含量完全相同；令平衡時(shí)CO的物質(zhì)的量為nmol，CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）的反應(yīng)熱△H=-QkJ/mol，則Q₁=（1-n）Q、Q₂=nQ，整理得Q=Q₁+Q₂．

解答 解：（1）燃燒熱的概念：在25℃、101kPa時(shí)，1mol可燃物完全燃燒生成穩(wěn)定的氧化物時(shí)放出的熱量．此時(shí)S應(yīng)轉(zhuǎn)化為SO₂，C應(yīng)轉(zhuǎn)化為二氧化碳，H應(yīng)轉(zhuǎn)化為液態(tài)水，
故△H═-726.5 kJ•mol^-1指的是1molCH₃OH（l）完全燃燒生成二氧化碳和液態(tài)水時(shí)的反應(yīng)熱，故CH₃OH（l）完全燃燒的熱化學(xué)方程式：CH₃OH（l）+$\frac{3}{2}$O₂（g）═CO₂（g）+2H₂O（l）△H=-726.5KJ•mol^-1
故答案為：CH₃OH（l）+$\frac{3}{2}$O₂（g）═CO₂（g）+2H₂O（l）△H=-726.5KJ•mol^-1；
（2）CO燃燒的熱化學(xué)方程式：CO（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）═CO₂（g）△H=-283.0 kJ•mol^-1 ①
H₂燃燒的熱化學(xué)方程式：2H₂（g）+O₂（g）═2H₂O（l）△H=-285.8×2 kJ•mol^-1 ②
CH₃OH燃燒的熱化學(xué)方程式：CH₃OH（l）+$\frac{1}{2}$O₂（g）═CO₂（g）+2H₂O（l）△H=-726.5 kJ•mol^-1 ③
將①+②+（-③）可得：CO（g）+2H₂（g）═CH₃OH（l）△H=-128.1KJ•mol^-1
故答案為：-128.1KJ•mol^-1；
（3）①根據(jù)熱化學(xué)方程式：H₂（g）+$\frac{1}{2}$CO（g）?$\frac{1}{2}$CH₃OH（g）△H=-45kJ•mol^-1 可知，當(dāng)反應(yīng)掉1mol氫氣時(shí)，放熱45KJ，故當(dāng)放出熱量3.632kJ時(shí)，反應(yīng)掉的氫氣為0.08mol，根據(jù)三段式：
                     H₂（g）+$\frac{1}{2}$CO（g）?$\frac{1}{2}$CH₃OH（g）
初始C（mol/L）：0.10mol/L     0.05mol/L       0
△C（mol/L）：0.08mol/L      0.04mol/L      0.04mol/L
平衡C（mol/L）：0.02mol/L      0.01mol/L      0.04mol/L
根據(jù)化學(xué)平衡常數(shù)K=$\frac{\sqrt{c（C{H}_{3}OH）}}{c（{H}_{2}）\sqrt{c（CO）}}$=$\frac{\sqrt{0.04mol/L}}{0.02mol/L×\sqrt{0.01mol/L}}$=100，故答案為：100；
②A．該反應(yīng)是放熱的，升高溫度，平衡逆向進(jìn)行，會(huì)減小甲醇產(chǎn)率，故A錯(cuò)誤；
B．將CH₃OH（g）從體系中分離，會(huì)促使平衡正向移動(dòng)，提高甲醇的產(chǎn)率，故B正確；
C．充入He，使體系總壓強(qiáng)增大，體積不變，各組分濃度不變，所以平衡不會(huì)移動(dòng)，不會(huì)改變甲醇產(chǎn)率，故C錯(cuò)誤；
D．再充入0.05mol CO和0.1molH₂，增大壓強(qiáng)，平衡右移，有利提高甲醇的產(chǎn)率，故D正確；
E．加入催化劑，改變反應(yīng)速率，但不改變平衡的移動(dòng)，不改變甲醇產(chǎn)率，故E錯(cuò)誤；故選BD，
故答案為：BD；
③該反應(yīng)是氣體體積減小的反應(yīng)，把容器的體積縮小一半，增大了反應(yīng)體系的壓強(qiáng)，增大壓強(qiáng)，平衡向氣體體積減小的方向移動(dòng)，即向正反應(yīng)方向移動(dòng)；化學(xué)平衡常數(shù)只與溫度有關(guān)，溫度不變，平衡常數(shù)不變，
故答案為；正向；不變；
④甲與乙是完全等效平衡，平衡時(shí)對(duì)應(yīng)各組分的含量完全相同，CO的轉(zhuǎn)化率為α₁，則平衡時(shí)CO的物質(zhì)的量為（1-α₁）mol，乙中平衡時(shí)甲醇的轉(zhuǎn)化率為α₂，乙中平衡時(shí)CO的物質(zhì)的量為α₂mol，故（1-α₁）=α₂，整理得α₁+α₂=1；
令平衡時(shí)CO的物質(zhì)的量為nmol，CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）的反應(yīng)熱△H=-QkJ/mol，則Q₁=（1-n）Q、Q₂=nQ，整理得Q=Q₁+Q₂，故1mol CH₃OH，則放出（Q₁+Q₂）kJ=45.4kJ×2=90.8kJ，
故答案為：90.8；1．

點(diǎn)評(píng) 本題考查了燃燒熱的概念與蓋斯定律、熱化學(xué)方程式的書寫、化學(xué)平衡常數(shù)的計(jì)算及應(yīng)用、及等效平衡的應(yīng)用，綜合考查，難點(diǎn)較大，重視基礎(chǔ)是解題關(guān)鍵．