Question

1．煤的氣化在煤化工業(yè)中占有重要地位，至今仍然是化學工業(yè)的重要組成部分．
（1）已知H₂（g）、CO（g）和CH₃OH（l）的燃燒熱分別為-285.8kJ/mol、-283.0kJ/mol和-726.5kJ/mol．請寫出甲醇（CH₃OH）不完全燃燒生成一氧化碳和液態(tài)水的熱化學方程式：CH₃OH（l）+O₂（g）=CO（g）+2 H₂O（l）△H=-443.5kJ•mol^-1．
（2）工業(yè)上一般在恒容密閉容器中采用下列反應合成甲醇：CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）△H．下表所列數(shù)據(jù)是該反應在不同溫度下的化學平衡常數(shù)（K）

溫度/℃	250	300	350
K/L2•mol-2	2.041	0.270	0.012

①由表中數(shù)據(jù)判斷△H＜0（填“＞”、“=”或“＜”）
②某溫度下，將2mol CO和6mol H₂充入2L的密閉容器中，充分反應后，4min達到平衡時測得c（CO）=0.2mol/L，此時的溫度為250℃，則反應速率v（H₂）=0.4 mol•L^-1•min^-1．
（3）T℃時，在t₀時刻，合成甲醇反應CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）達到平衡，若在t₁時刻將容器的體積縮小為原來的$\frac{1}{2}$，在t₂時刻又達到新的平衡，請在圖中用曲線表示t₁～t₂時間段氫氣、甲醇物質(zhì)的量濃度隨時間變化的趨勢示意圖（其他條件不變，曲線上必須標明氫氣、甲醇）．

Answer 1

分析 （1）燃燒熱是1mol可燃物完全燃燒生成穩(wěn)定氧化物時放出的熱量，根據(jù)燃燒熱的概念分別寫出CO、甲醇燃燒的熱化學方程式，然后利用蓋斯定律寫出甲醇不完全燃燒生成CO和液態(tài)水的熱化學方程式；
（2）①升高溫度，可逆反應向吸熱反應方向移動，根據(jù)平衡常數(shù)與溫度變化關系確定焓變；
②根據(jù)平衡濃度計算出平衡常數(shù)來確定溫度；根據(jù)v=$\frac{△c}{△t}$計算反應速率；
（3）若在t₁時刻將容器的體積縮小一倍，相當于增大壓強，各組分的濃度立即增加原來的一倍，然后是平衡開始正向移動．

解答 解：（1）CO（g）和CH₃OH（l）的燃燒熱△H分別為-283.0kJ•mol^-1和-726.5kJ•mol^-1，則
氫氣燃燒的熱化學方程式為：①CO（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）=CO₂（g）△H=-283.0kJ•mol^-1，
甲醇燃燒的熱化學方程式為：②CH₃OH（l）+$\frac{3}{2}$O₂（g）=CO₂（g）+2 H₂O（l）△H=-726.5kJ•mol^-1，
由蓋斯定律可知，②-①可得甲醇不完全燃燒生成CO和液態(tài)水的熱化學方程式：CH₃OH（l）+O₂（g）=CO（g）+2 H₂O（l），△H=-726.5kJ•mol^-1-（-283.0kJ•mol^-1）=-443.5kJ•mol^-1，
故答案為：CH₃OH（l）+O₂（g）=CO（g）+2 H₂O（l）△H=-443.5kJ•mol^-1；
（2）①升高溫度，平衡向吸熱方向移動，根據(jù)表格知，溫度越高，化學平衡常數(shù)越小，說明平衡向逆反應方向移動，所以正反應是放熱反應，即△H＜0，
故答案為：＜；
②CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）單位為mol/L
反應開始 1mol/L      3mol/L       0
反應 0.8mol/L       1.6mol/L    0.8mol/L
平衡 0.2mol/L    1.4mol/L       0.8mol/L
平衡常數(shù)K=$\frac{0.8}{0.2×1．{4}^{2}}$=2.04，所以是250℃；反應速率v（H₂）=$\frac{1.6mol/L}{4min}$=0.4 mol•L^-1•min^-1，
故答案為：250℃；0.4 mol•L^-1•min^-1；

（3）若在t₁時刻將容器的體積縮小一倍，相當于增大壓強，各組分的濃度立即增加原來的一倍，然后是平衡開始正向移動，至新平衡，圖示如下：
假定在t₂時刻后又達到新的平衡；
故答案為：．

點評 本題考查了影響化學平衡移動的因素、速率的計算、熱化學方程式蓋斯定律應用等知識點，綜合性強，難度大．