Question

14．氫氣、甲醇是優(yōu)質(zhì)的清潔燃料，可制作燃料電池．
（1）已知：
2CH₃OH（1）+3O₂（G）═2CO₂（G）+4H₂O（g）△H₁=-1275.6kJ•mol^-1
2CO（g）+O₂（g）═2CO₂（g）△H₂=-566.0kJ•mol^-1
H₂O（g）═H₂O（1）△H₃=-44.0kJ
寫出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．
（2）生產(chǎn)甲醇的原料CO和H₂來源于下列反應(yīng)：
CH₄（g）+H₂O（g）?CO（g）+3H₂（g）△H＞O
①一定條件下CH₄的平衡轉(zhuǎn)化率與溫度、壓強的關(guān)系如圖a．則T₁＞T₂ （填“＜”、“＞”或“=“，下同）；A、B、C三點處對應(yīng)平衡常數(shù)（K_AK_BK_C）的大小關(guān)系為K_A=K_B＞K_C；
②100℃時，將1molCH₄和2molH₂O通入容積為1L的定容密閉容器中發(fā)生反應(yīng)，能說明該反應(yīng)已經(jīng)達到平衡狀態(tài)的是ad（填序號）．
a．容器的壓強恒定
b．單位時間內(nèi)消耗0.1mol CH₄同時生成0.3molH₂
c．容器內(nèi)氣體密度恒定
d．3v_正（CH₄）=v_逆（H₂）
③如果達到平衡時CH₄的轉(zhuǎn)化率為0.5，則100℃時該反應(yīng)的平衡常數(shù)K=2.25．

Answer 1

分析 （1）根據(jù)蓋斯定律書寫目標熱化學(xué)方程式；
（2）①正反應(yīng)為吸熱反應(yīng)，壓強一定時，升高溫度，平衡向正反應(yīng)方向移動，甲烷的轉(zhuǎn)化率增大，據(jù)此判斷溫度大��；
平衡常數(shù)只受溫度影響，處于等溫線上各點平衡常數(shù)相等，由圖可知，壓強一定時，溫度T₂條件下，甲烷的轉(zhuǎn)化率更大，則反應(yīng)進行的程度更大；
②達到平衡狀態(tài)時，正逆反應(yīng)速率相等，各物質(zhì)的濃度不變，百分含量不變，以及由此衍生其它一些物理量不變，據(jù)此結(jié)合選項判斷；
③利用三段式計算平衡時各組分的物質(zhì)的量濃度，代入平衡常數(shù)表達式計算．

解答 解：（1）已知：①2CH₃OH（1）+3O₂（g）=2CO₂（g）+4H₂O（g）△H₁=-1275.6kJ/mol
②2CO（g）+O₂（g）=2CO₂（g）△H₂=-566.0kJ/mol
③H₂O（g）=H₂O（1）△H₃=-44.0kJ/mol
根據(jù)蓋斯定律，①×$\frac{1}{2}$-②×$\frac{1}{2}$+③×2得：CH₃OH（1）+O₂（g）=CO（g）+2H₂O（1）△H=-442.8 kJ•mol^-1，
答：熱化學(xué)方程式為CH₃OH（1）+O₂（g）=CO（g）+2H₂O（1）△H=-442.8 kJ•mol^-1；
（2）①由圖開始，壓強一定時，溫度T₁的轉(zhuǎn)化率較大，正反應(yīng)為吸熱反應(yīng)，升高溫度，平衡向正反應(yīng)方向移動，甲烷的轉(zhuǎn)化率增大，故溫度T_l＞T₂；
平衡常數(shù)只受溫度影響，A、B處于等溫線上，平衡常數(shù)相等，由圖可知，壓強一定時，溫度T₁條件下，甲烷的轉(zhuǎn)化率更大，則反應(yīng)進行的程度更大，比溫度T₂時的平衡常數(shù)大，故平衡常數(shù)K_A=K_B＞K_C，
故答案為：＞；K_A=K_B＞K_C；
②a．隨反應(yīng)進行混合氣體總物質(zhì)的量增大，容器容積不變，壓強增大，當容器的壓強恒定時，說明到達平衡，故a正確；
b．單位時間內(nèi)消耗0.1mol CH₄同時生成0.3molH₂，反應(yīng)始終按此比例進行，不能說明到達平衡，故b錯誤；
c．100℃時，反應(yīng)混合物都是氣體，混合氣體總質(zhì)量不變，容器的容積不變，容器內(nèi)氣體密度始終不變，不能說明得到平衡，故c錯誤；
d．3v_正（CH₄）=v_逆（H₂），不同物質(zhì)的正逆速率之比等于化學(xué)計量數(shù)之比，反應(yīng)到達平衡，故d正確，
故答案為：ad；
③平衡時甲烷的轉(zhuǎn)化為0.5，則甲烷的濃度變化量=1mol/L×0.5=0.5mol/L，
                       CH₄（g）+H₂O（g）?CO（g）+3H₂（g）
開始（mol/L）：1               2               0            0
變化（mol/L）：0.5           0.5            0.5          1.5 
平衡（mol/L）：0.5           1.5            0.5          1.5
故平衡常數(shù)K=$\frac{0.5×1．{5}^{3}}{0.5×1.5}$=2.25，
故答案為：2.25．

點評 本題考查化學(xué)平衡的計算，題目難度中等，涉及熱化學(xué)方程式、化學(xué)平衡圖象及影響因素、平衡常數(shù)、平衡狀態(tài)判斷等知識，明確化學(xué)平衡及其影響為解答關(guān)鍵，試題培養(yǎng)了學(xué)生的分析能力及靈活應(yīng)用能力．