Question

17．科學(xué)家利用太陽能分解水生成的氫氣在催化劑作用下與二氧化碳反應(yīng)生成甲醇，并開發(fā)出直接以甲醇為燃料的燃料電池．已知H₂（g）、CO（g）和CH₃OH（l ）的燃燒熱△H分別為-285.8kJ•mol^-1、-283.0kJ•mol^-1和-726.5kJ•mol^-1．請(qǐng)回答下列問題：
（1）用太陽能分解10mol水消耗的能量是2858kJ；
（2）在容積為2L的密閉容器中，由CO₂和H₂合成甲醇，在其他條件不變的情況下，考察溫度對(duì)反應(yīng)的影響，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖所示（注：T₁、T₂均大于300℃）：下列說法正確的是③④（填序號(hào)）
①溫度為T₁時(shí)，從反應(yīng)開始到平衡，生成甲醇的平均速率為n（CH₃OH）=$\frac{{n}_{t}}{{t}_{t}}$ mol•L^-1•min^-1
②該反應(yīng)在T₁時(shí)的平衡常數(shù)比T₂時(shí)的小
③該反應(yīng)為放熱反應(yīng)
④處于A點(diǎn)的反應(yīng)體系從T₁變到T₂，達(dá)到平衡時(shí)$\frac{n（{H}_{2}）}{n（C{H}_{3}OH）}$增大
（3）在T₁溫度時(shí)，將1mol CO₂和3mol H₂充入一密閉恒容容器中，充分反應(yīng)達(dá)到平衡后，若CO₂的轉(zhuǎn)化率a，則容器內(nèi)的壓強(qiáng)與起始?jí)簭?qiáng)之比為1-$\frac{a}{2}$．

Answer 1

分析 （1）氫氣的燃燒熱可知水分解吸收的能量，然后利用化學(xué)計(jì)量數(shù)與反應(yīng)熱的關(guān)系來計(jì)算；
（2）利用圖象中甲醇的變化來計(jì)算反應(yīng)速率，并利用圖象中時(shí)間與速率的關(guān)系來分析T₁、T₂，再利用影響平衡的因素來分析解答；
（3）根據(jù)化學(xué)平衡的三段法計(jì)算平衡時(shí)各物質(zhì)的物質(zhì)的量，再利用反應(yīng)前后氣體的物質(zhì)的量之比等于壓強(qiáng)之比來解答．

解答 解：（1）H₂（g）的燃燒熱△H為-285.8kJ•mol^-1知，1molH₂（g）完全燃燒生成1molH₂O（l）放出熱量285.8kJ，即分解1mol H₂O（l）為1mol H₂（g）消耗的能量為285.8kJ，則分解10mol H₂O（l）消耗的能量為285.8kJ×10=2858kJ，
故答案為：2858；
（2）根據(jù)題給圖象分析可知，T₂先達(dá)到平衡則T₂＞T₁，由溫度升高反應(yīng)速率增大可知T₂的反應(yīng)速率大于T₁，又溫度高時(shí)平衡狀態(tài)CH₃OH的物質(zhì)的量少，則說明可逆反應(yīng)CO₂+3H₂?CH₃OH+H₂O向逆反應(yīng)方向移動(dòng)，故正反應(yīng)為放熱反應(yīng)，則T₁時(shí)的平衡常數(shù)比T₂時(shí)的大，③、④正確，②中該反應(yīng)在T₁時(shí)的平衡常數(shù)比T₂時(shí)的大，故②錯(cuò)誤，①中按照其計(jì)算速率的方法可知反應(yīng)速率的單位錯(cuò)誤，應(yīng)為mol•min^-1，故①錯(cuò)誤，
故答案為：③④；
（3）由化學(xué)平衡的三段模式法計(jì)算可知，
                CO₂（g）+3H₂（g）=CH₃OH（g）+H₂O（g）
起始（mol）：1        3       0          0
轉(zhuǎn)化（mol）：a         3a       a            a
平衡（mol）：1-a       3-3a     a            a
根據(jù)相同條件下氣體的壓強(qiáng)之比等于物質(zhì)的量之比，即（1-a+3-3a+a+a）：（1+3）=$\frac{4-2a}{4}$=1-$\frac{a}{2}$，
故答案為：1-$\frac{a}{2}$．

點(diǎn)評(píng) 本題考查較為綜合，涉及熱化學(xué)方程式的書寫、化學(xué)平衡的相關(guān)知識(shí)，該題對(duì)這些知識(shí)的要求比較高，綜合性強(qiáng)，解答本題比較費(fèi)時(shí)，該題難度較大．