Question

7．能源問(wèn)題是人類社會(huì)面臨的重大課題，甲醇是一種可再生能源，具有開發(fā)和應(yīng)用的廣闊前景，研究甲醇具有重要意義．
（1）用CO合成甲醇的反應(yīng)為CO（g）+2H₂（g）═CH₃OH（g）；在容積為1L的密閉容器中分別充入1mol CO和2mol H₂，實(shí)驗(yàn)測(cè)得甲醇的物質(zhì)的量和溫度、時(shí)間的關(guān)系曲線如圖甲所示．則該正反應(yīng)的△H＜（填“＜”“＞”或“=”）0．
（2）利用工業(yè)廢水中的CO₂可制取甲醇，其反應(yīng)為：CO₂+3H₂$\stackrel{催化劑}{?}$CH₃OH+H₂O．
①已知下列反應(yīng)的能量變化如圖乙所示：由二氧化碳和氫氣制備甲醇的熱化學(xué)方程式為CO₂（g）+3H₂（g）=CH₃OH（l）+H₂O（l）△H=-50KJ/mol
②為探究用CO₂來(lái)生產(chǎn)燃料甲醇的反應(yīng)原理，現(xiàn)進(jìn)行如下實(shí)驗(yàn)：在一恒溫恒容密閉容器中，充入1mol CO₂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1所示，從反應(yīng)開始到平衡，v（H₂）=0.225 mol/（L．min）．
（3）工業(yè)上可利用甲醇部分氧化法制取氫氣．在一定溫度下以Ag/CeO₂-ZnO為催化劑時(shí)原料氣比例對(duì)反應(yīng)的選擇性（選擇性越大，表示生成的該物質(zhì)越多）影響關(guān)系如圖2所示．在制備H₂時(shí)最好控制n（O₂）/n（CH₃OH）=0.5

Answer 1

分析 （1）圖象分析可知先拐先平，溫度高，甲醇物質(zhì)的量隨溫度升高減小，說(shuō)明升溫平衡逆向進(jìn)行，逆向是吸熱反應(yīng)，正反應(yīng)為放熱反應(yīng)；
（2）①依據(jù)圖2、3中熱化學(xué)方程式結(jié)合蓋斯定律計(jì)算得到二氧化碳和氫氣制備甲醇的熱化學(xué)方程式；
②由圖可知，10min到達(dá)平衡，平衡時(shí)甲醇的濃度變化為0.75mol/L，根據(jù)v=$\frac{△c}{△t}$計(jì)算v（CH₃OH），依據(jù)v（H₂）=3v（CH₃OH）；
（3）根據(jù)圖象可知，當(dāng)n（O₂）/n（CH₃OH）=0.25時(shí)，CH₃OH與O₂發(fā)生的主要反應(yīng)為甲醇的催化氧化生成甲醛；在制備H₂時(shí)最好控制n（O₂）/n（CH₃OH）=0.5時(shí)氫氣生成最多．

解答 解：（1）用CO合成甲醇的反應(yīng)為：CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g），根據(jù)圖1所示，溫度升高，甲醇的物質(zhì)的量減小，平衡逆向移動(dòng)，則正反應(yīng)放熱，則該正反應(yīng)的△H＜0，
故答案為：＜；
（2）①圖2、3中熱化學(xué)方程式①CO（g）+H₂O（l）=CO₂（g）+H₂（g）△H=-41KJ/mol；
②CO（g）+2H₂（g）=CH₃OH（l）△H=-（510-419）KJ/mol=-91KJ/mol；
由蓋斯定律②-①得到二氧化碳和氫氣制備甲醇的熱化學(xué)方程式：CO₂（g）+3H₂（g）=CH₃OH（l）+H₂O（l）△H=-50KJ/mol，
故答案為：CO₂（g）+3H₂（g）=CH₃OH（l）+H₂O（l）△H=-50KJ/mol；
②10min到達(dá)平衡，平衡時(shí)甲醇的濃度變化為0.75mol/L，從反應(yīng)開始到平衡，甲醇的平均反應(yīng)速率v（CH₃OH）=$\frac{0.75mol/L}{10min}$=0.075mol/（L•min），
v（H₂）=3v（CH₃OH）=3×0.075mol/（L•min）=0.225mol/（L•min），
故答案為：0.225 mol/（L．min）；
（3）根據(jù)圖象可知，當(dāng)n（O₂）/n（CH₃OH）=0.25時(shí)，CH₃OH與O₂發(fā)生的主要反應(yīng)為甲醇的催化氧化生成甲醛，反應(yīng)的方程式為：2CH₃OH+O₂?2HCHO+2H₂O；依據(jù)圖象分析，在制備H₂時(shí)最好控制n（O₂）/n（CH₃OH）=0.5時(shí)氫氣生成最多，
故答案為：0.5．

點(diǎn)評(píng) 本題考查了熱化學(xué)方程式書寫，化學(xué)平衡常數(shù)、移動(dòng)、轉(zhuǎn)化率、反應(yīng)速率等問(wèn)題，要注意圖象正確分析，題目難度中等．