Question

19．甲醇（CH₃OH）是一種優(yōu)質燃料，
（1）已知一定條件下88gCO₂和足量氫氣完全反應三可生成氣態(tài)甲醇（CH₃OH）和水蒸汽并放出98kJ的熱量．請回答：
①該反應的熱化學方程式：CO₂（g）+3H₂（g）=CH₃OH（g）+H₂O（g）△H=-49.0kJ/mol．
②若生成3mol甲醇放出的熱量為147KJ．
（2）為探究用CO₂來生產燃料甲醇的反應原理，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，測得CO₂和CH₃OH（g）的濃度隨時間變化如圖．請回答：
①從反應開始到平衡，氫氣的反應速率：v（H₂）=0.225 mol•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能夠說明該反應已達到平衡的是AC．
A．恒溫、恒容時，容器內的壓強不再變化
B．恒溫、恒容時，容器內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，單位時間內消耗3molH₂的同時生成1molCH₃OH．
E．有2個C=O鍵斷裂的同時，有3個H-H鍵斷裂．

Answer 1

分析 （1）①根據n=$\frac{m}{M}$計算88gCO₂和氫氣化合生成甲醇和水放出的熱量，結合熱化學方程式書寫方法標注物質聚集狀態(tài)和反應焓變寫出；
②反應熱與化學計量數成正比，根據熱化學方程式計算；
（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：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．二氧化碳是反應物隨反應進行濃度減小，甲醇是生成物，隨反應進行濃度增大；10nim內達到平衡，生成甲醇濃度為0.75mol/L，二氧化碳濃度變化了0.75mol/L；
①依據化學平衡三段式列式利用V=$\frac{△c}{△t}$計算；
②依據升溫，增加濃度，加壓，加催化劑等可以加快反應速率判斷；
③可逆反應達到平衡狀態(tài)時，正逆反應速率相等（同種物質）或正逆反應速率之比等于系數之比（不同物質），平衡時各種物質的物質的量、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）①88gCO₂的物質的量為n=$\frac{m}{M}$=$\frac{88g}{44g/mol}$=2mol，放出98kJ的熱量，每1molCO₂和足量氫氣完全反應三可生成1mol氣態(tài)甲醇（CH₃OH）和1mol 水蒸汽并放出49kJ的熱量，熱化學方程式為：CO₂（g）+3H₂（g）=CH₃OH（g）+H₂O（g）△H=-49.0kJ/mol，
故答案為：CO₂（g）+3H₂（g）=CH₃OH（g）+H₂O（g）△H=-49.0kJ/mol；
②每1molCO₂和足量氫氣完全反應三可生成1mol氣態(tài)甲醇（CH₃OH）和1mol 水蒸汽并放出49kJ的熱量，若生成3mol甲醇放出的熱量為49kJ×3=147KJ，
故答案為：147KJ；
（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：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．二氧化碳是反應物隨反應進行濃度減小，甲醇是生成物，隨反應進行濃度增大；10nim內達到平衡，生成甲醇濃度為0.75mol/L，二氧化碳濃度變化了0.75mol/L；則①依據化學平衡列式計算為：
              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
H₂的平均反應速率v（H₂）=$\frac{2.25mol/L}{10min}$=0.225mol•L^-1•min^-1 ；
故答案為：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．反應前后氣體的體積不等，所以壓強一直在變，則當壓強不變時能說明達到平衡，故A正確；
B．反應前后質量不變，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．單位時間內消耗3molH₂的同時生成1molCH₃OH，都是指正反應方向，不能說明達到平衡，故D錯誤；
E．CO₂（g）+3H₂（g）=CH₃OH（g）+H₂O（g）△H=-49.0kJ/mol，CO₂結構簡式為O=C=O，1個分子有2個C=O鍵，當2個C=O鍵斷裂的同時，必有3個H-H鍵斷裂．與是否已達到平衡
無關，故E錯誤；
故選AC．

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