Question

11．開發(fā)新能源是解決環(huán)境污染的重要舉措，工業(yè)常用CH₄與CO₂反應(yīng)制備H₂和CO，再H₂和CO利用合成甲醇．
（1）已知：①2CH₃OH（l）+3O₂（g）═2CO₂（g）+4H₂O（g）△H₁=-1274.0KJ/mol
②2CO（g）+O₂（g）═2CO₂（g）△H₂=-566.0KJ/mol
③H₂O（g）═H₂O（l）△H₃=-44KJ/mol
則甲醇不完全燃燒生成一氧化碳和液態(tài)水的熱化學(xué)方程式為CH₃OH（l）+O₂（g）=CO（g）+2H₂O（l）△H=-442kJ?mol^-1．
（2）在恒容密閉容器中通入CH₄與CO₂，使其物質(zhì)的量濃度為1.0mol/L，在一定條件下發(fā)生反應(yīng)：CO₂（g）+CH₄（g）?2CO（g）+2H₂（g），測得CH₄的平衡轉(zhuǎn)化率與溫度及壓強(qiáng)的關(guān)系如圖所示：

則：①該反應(yīng)的△H＞0（填“＜、=或＞”）；
②壓強(qiáng)P₁、P₂、P₃、P₄由大到小的關(guān)系為p₄＞p₃＞p₂＞p₁．壓強(qiáng)為P₄時，在b點：v（正）＞v（逆）．（填“＜、=或＞”）
③對于氣相反應(yīng)，用某組分（B）的平衡壓強(qiáng)p（B）代替物質(zhì)的量濃度c（B）也可表示平衡常數(shù)（記作K_p），則該反應(yīng)的平衡常數(shù)的表達(dá)式K_p=$\frac{{P}^{2}（CO）{P}^{2}（{H}_{2}）}{P（C{O}_{2}）P（C{H}_{4}）}$；如果P₄=0.36MPa，求a點的平衡常數(shù)K_p=1.64（MPa）²；（保留3位有效數(shù)字，用平衡分壓代替平衡濃度計算，分壓=總壓×物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)）
④為探究速率與濃度的關(guān)系，該實驗中，根據(jù)相關(guān)實驗數(shù)據(jù)，粗略繪制出了2條速率-濃度 關(guān)系曲線：v_正～c（CH₄）和v_逆～c（CO）．

則：�。┡c曲線v_正～c（CH₄）相對應(yīng)的是上圖中曲線乙（填“甲”或“乙”）．
ⅱ）當(dāng)降低到某一溫度時，反應(yīng)重新達(dá)到平衡，相應(yīng)的平衡點分別為BF（填字母）．

Answer 1

分析 （1）根據(jù)熱化學(xué)方程式利用蓋斯定律計算反應(yīng)熱并書寫熱化學(xué)方程式；
（2）①由圖可知，壓強(qiáng)一定時，溫度越高甲烷的轉(zhuǎn)化率越大，升高溫度平衡向正反應(yīng)進(jìn)行，據(jù)此判斷；
②由圖可知，溫度一定時，甲烷的轉(zhuǎn)化率α（P₁）＞α（P₂）＞α（P₃）＞α（P₄），據(jù)此結(jié)合方程式判斷壓強(qiáng)對平衡移動的影響進(jìn)行解答，由圖可知，壓強(qiáng)為P₄、1100℃的條件下，到達(dá)平衡X點時甲烷的轉(zhuǎn)化率為80%，Y點甲烷的轉(zhuǎn)化率小于80%，反應(yīng)向正反應(yīng)進(jìn)行；
③對于氣相反應(yīng)，用某組分（B）的平衡壓強(qiáng)p（B）代替物質(zhì)的量濃度c（B）也可表示平衡常數(shù)（記作K_p），平衡常數(shù)等于生成物平衡分壓冪次方乘積除以反應(yīng)物平衡分壓冪次方乘積得到，結(jié)合化學(xué)平衡三段式列式計算，設(shè)體積為1L，a點甲烷轉(zhuǎn)化率為80%，
                       CO₂（g）+CH₄（g）?2CO（g）+2H₂（g），
起始量（mol） 1                1                0              0
變化量（mol）0.8            0.8            1.6              1.6
平衡量（mol）0.2             0.2            1.6              1.6
④ⅰ）甲烷是反應(yīng)物隨反應(yīng)進(jìn)行濃度減小，CO是生成物，濃度從0到0.8；
ii）反應(yīng)是吸熱反應(yīng)，降溫平衡逆向進(jìn)行，CO逆反應(yīng)速率減小，正反應(yīng)速率減小，甲烷濃度增大，一氧化碳濃度減小．

解答 解：（1）根據(jù)蓋斯定律，將已知反應(yīng)[①-②-③×4]÷2得到CH₃OH（l）+O₂（g）=CO（g）+2H₂O（l），所以該反應(yīng)的△H=[（-1274.0kJ/mol）-（-566.0kJ/mol）-（-44.0kJ/mol）×4]÷2=442kJ•mol^-1，即CH₃OH（l）+O₂（g）=CO（g）+2H₂O（l）△H=-442kJ•mol^-1，
故答案為：CH₃OH（l）+O₂（g）=CO（g）+2H₂O（l）△H=-442kJ•mol^-1；
（2）①由圖可知，壓強(qiáng)一定時，溫度越高甲烷的轉(zhuǎn)化率越大，升高溫度平衡向正反應(yīng)進(jìn)行，故正反應(yīng)為吸熱反應(yīng)，即△H＞0，
故答案為：＞；
 ②由圖可知，溫度一定時，甲烷的轉(zhuǎn)化率α（P₁）＞α（P₂）＞α（P₃）＞α（P₄），該反應(yīng)正反應(yīng)是氣體體積增大的反應(yīng)，增大壓強(qiáng)平衡向逆反應(yīng)進(jìn)行，甲烷的轉(zhuǎn)化率降低，故壓強(qiáng)P₄＞P₃＞P₂＞P₁，由圖可知，壓強(qiáng)為P₄、1100℃的條件下，到達(dá)平衡X點時甲烷的轉(zhuǎn)化率為80%，Y點甲烷的轉(zhuǎn)化率小于80%，反應(yīng)向正反應(yīng)進(jìn)行，故在Y點：v（正）＞v（逆），
故答案為：p₄＞p₃＞p₂＞p₁；＞；
③對于氣相反應(yīng)，用某組分（B）的平衡壓強(qiáng)p（B）代替物質(zhì)的量濃度c（B）也可表示平衡常數(shù)（記作K_p），則該反應(yīng)的平衡常數(shù)的表達(dá)式K_p=$\frac{{P}^{2}（CO）{P}^{2}（{H}_{2}）}{P（C{O}_{2}）P（C{H}_{4}）}$，
結(jié)合化學(xué)平衡三段式列式計算，設(shè)體積為1L，a點甲烷轉(zhuǎn)化率為80%，
                 CO₂（g）+CH₄（g）?2CO（g）+2H₂（g），
起始量（mol） 1                1                0              0
變化量（mol）0.8            0.8            1.6              1.6
平衡量（mol）0.2             0.2            1.6              1.6
平衡氣體總物質(zhì)的量=3.6mol，如果P₄=0.36MPa，用平衡分壓代替平衡濃度計算，分壓=總壓×物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)，求a點的平衡常數(shù)K_p=$\frac{（0.36×\frac{1.6}{3.6}）^{2}×（0.36×\frac{1.6}{3.6}）^{2}}{0.36×\frac{1.6}{3.6}×0.36×\frac{1.6}{3.6}}$=1.64（MPa）²，
故答案為：$\frac{{P}^{2}（CO）{P}^{2}（{H}_{2}）}{P（C{O}_{2}）P（C{H}_{4}）}$；1.64（MPa）²；
④i）甲烷是反應(yīng)物隨反應(yīng)進(jìn)行濃度減小，CO是生成物，濃度從0到0.8，所以與曲線v_正～c（CH₄）相對應(yīng)的是上圖中曲線是乙，
故答案為：乙； 
ii）反應(yīng)是吸熱反應(yīng)，降溫平衡逆向進(jìn)行，CO逆反應(yīng)速率減小，正反應(yīng)速率減小，甲烷濃度增大，一氧化碳濃度減小，反應(yīng)重新達(dá)到平衡，相應(yīng)的平衡點分別為BF，
故答案為：B F．

點評 本題考查化學(xué)平衡圖象、影響化學(xué)平衡的因素、化學(xué)平衡常數(shù)等，難度中等，注意利用“定一議二”原則分析解答．