Question

8．甲醇是一種新型燃料，甲醇燃料電池即將從實(shí)驗(yàn)室走向工業(yè)化生產(chǎn)．工業(yè)上一般以CO和H₂為原料合成甲醇，該反應(yīng)的熱化學(xué)方程式為：CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）△H₁=-116kJ•mol^-1
①已知：2CO（g）+O₂（g）═2CO₂（g）△H₂=-566kJ•mol^-1；2H₂（g）+O₂（g）═2H₂O（g）△H₃=-484kJ•mol^-1．則表示1mol氣態(tài)甲醇完全燃燒生成CO₂和水蒸氣時(shí)的熱化學(xué)方程式為CH₃OH（g）+3/2O₂（g）=CO₂（g）+2H₂O（g）△H=-651kJ•mol^-1；
②在容積為1L的恒容容器中，分別研究在230℃、250℃、270℃三種溫度下合成甲醇的規(guī)律．如圖是上述三種溫度下不同的H₂和CO的起始組成比（起始時(shí)CO的物質(zhì)的量均為1mol）與CO平衡轉(zhuǎn)化率的關(guān)系．請回答：
A）在上述三種溫度中，曲線Z對應(yīng)的溫度是270℃．
B）利用圖中a點(diǎn)對應(yīng)的數(shù)據(jù)，計(jì)算出曲線Z在對應(yīng)溫度下CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）的平衡常數(shù)K=4L²•mol^-2．（寫明單位）
③在某溫度下，將一定量的CO和H₂投入10L的密閉容器中，5min時(shí)達(dá)到平衡，各物質(zhì)的物質(zhì)的濃度（mol•L^-1）變化如下表所示：

	0min	5min	10min
CO	0.1		0.05
H2	0.2		0.2
CH3OH	0	0.04	0.05

若5min～10min只改變了某一條件，所改變的條件是增大H₂的濃度；且該條件所改變的量是增大了0.1mol•L^-1．

Answer 1

分析 ①根據(jù)蓋斯定律和題中熱化學(xué)方程式寫出甲醇完全燃燒生成二氧化碳的熱化學(xué)方程式；
②A、合成甲醇的反應(yīng)是放熱反應(yīng)，溫度升高，轉(zhuǎn)化率降低；
B、根據(jù)平衡常數(shù)表達(dá)式和一氧化碳的轉(zhuǎn)化率求算；
③根據(jù)5min和10min時(shí)各物質(zhì)濃度的變化來確定改變條件

解答 解：①根據(jù)反應(yīng)①CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）；△H₁=-116kJ•mol^-1，
             ②2CO（g）+O₂（g）═2CO₂（g）△H₂=-566kJ•mol^-1；，
             ③2H₂（g）+O₂（g）═2H₂O（g）△H₃=-484kJ•mol^-1，
      根據(jù)蓋斯定律：①-$\frac{②}{2}$-③得：
 CH₃OH（g）+3/2O₂（g）=CO₂（g）+2H₂O（g）△H=-651kJ•mol^-1，
故答案是：CH₃OH（g）+3/2O₂（g）=CO₂（g）+2H₂O（g）△H=-651kJ•mol^-1；
②A、根據(jù)反應(yīng)CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）△H₁=-116kJ•mol^-1，是放熱反應(yīng)，溫度越高，轉(zhuǎn)化率越低，所以曲線Z對應(yīng)的溫度是270℃，
故答案是：270℃；
  B、該反應(yīng)的平衡常數(shù)K=$\frac{c（C{H}_{3}OH）}{c（CO）•c（{H}_{2}）^{2}}$，
a點(diǎn)時(shí)，CO轉(zhuǎn)化率50%，反應(yīng)消耗了2mol×50%=1molCO，消耗氫氣2mol
剩余1molCO，n（H₂）=3mol-2mol=1mol，生成1mol甲醇，
a點(diǎn)各組分的濃度是：c（CH₃OH）=$\frac{1mol}{2L}$=0.5mol/L，c（CO）=$\frac{1mol}{2L}$=0.5mol/L，c（H₂）=$\frac{1mol}{2L}$=0.5mol/L，
帶人表達(dá)式得：K=$\frac{0.5mol/L}{0.5mol/L×（0.5mol/L）^{2}}$=4L²•mol^-2，
故答案是：4L²•mol^-2；
③反應(yīng)達(dá)到平衡時(shí)，根據(jù)反應(yīng)方程式知各物理量之間的關(guān)系式知，c（CO）=0.1mol/L-0.04mol/L=0.06mol/L，
C（H₂）=0.2mol/L-0.08mol/L=0.12mol/L，10min時(shí)，c（CO）減小，c（H₂）增大，c（CH₃OH）增大，
則平衡向正反應(yīng)方向移動(dòng)，但氫氣濃度增大，所以改變的物理量是增大了氫氣的濃度，氫氣濃度增大了0.2mol/L-0.12mol/L+0.02mol/L=0.1mol/L，
故答案為：增大H₂的濃度；增大了0.1 mol•L^-1．

點(diǎn)評 本題考查了影響反應(yīng)速率的因素及反應(yīng)平衡常數(shù)的計(jì)算、熱化學(xué)方程式的書寫等知識，注意蓋斯定律的應(yīng)用，本題難度中等．