Question

科學家利用太陽能分解水生成的氫氣在催化劑作用下與二氧化碳反應生成甲醇，并開發出直接以甲醇為燃料的燃料電池．已知H₂（g）、CO（g）和CH₃OH（l）的燃燒熱△H分別為-285.8kJ?mol^-1、-283.0kJ?mol^-1和-726.5kJ?mol^-1．
請回答下列問題：
（1）用太陽能分解5mol水消耗的能量是

1429

kJ；
（2）甲醇不完全燃燒生成一氧化碳和液態水的熱化學方程式為

CH₃OH（l）+O₂（g）=CO（g）+2 H₂O（l）△H=-443.5kJ?mol^-1

；
（3）在容積為2L的密閉容器中，由CO₂和H₂合成甲醇，在其他條件不變得情況下，考察溫度對反應的影響，實驗結果如圖所示（注：T₁、T₂均大于300℃）；
下列說法正確的是

②④

（填序號）
①度為T₁時，從反應開始到平衡，生成甲醇的平均速率為：v（CH₃OH）=

nA

tA

mol?L^-1?min^-1
②該反應為放熱反應
③該反應在T₁時的平衡常數比T₂時的小
④處于A點的反應體系從T₁變到T₂，達到平衡時

n(H2)

n(CH3OH)

增大
（4）在T₁溫度時，將1molCO₂和3molH₂充入一密閉恒容容器中，充分反應達到平衡后，若CO₂轉化率為a，則容器內的壓強與起始壓強之比為

（2-a）：2

．

Answer 1

分析：（1）根據氫氣的燃燒熱可知水分解吸收的能量，然后利用化學計量數與反應熱的關系來計算；
（2）根據CO和CH₃OH的燃燒熱先書寫熱方程式，再利用蓋斯定律來分析甲醇不完全燃燒生成一氧化碳和液態水的熱化學方程式；
（3）根據圖象中甲醇的變化來計算反應速率，并利用圖象中時間與速率的關系來分析T₁、T₂，再利用影響平衡的因素來分析解答；
（4）根據化學平衡的三段法計算平衡時各物質的物質的量，再利用反應前后氣體的物質的量之比等于壓強之比來解答．

解答：解：（1）由H₂（g）的燃燒熱△H為-285.8kJ?mol^-1知，1molH₂（g）完全燃燒生成1molH₂O（l）放出熱量285.8kJ，
即分解1mol H₂O（l）為1mol H₂（g）消耗的能量為285.8kJ，則分解5mol H₂O（l）消耗的能量為285.8kJ×5=1429kJ，
故答案為：1429；
（2）由CO（g）和CH₃OH（l）的燃燒熱△H分別為-283.0kJ?mol^-1和-726.5kJ?mol^-1，則
①CO（g）+

1

2

O₂（g）=CO₂（g）△H=-283.0kJ?mol^-1
②CH₃OH（l）+

1

2

O₂（g）=CO₂（g）+2 H₂O（l）△H=-726.5kJ?mol^-1
由蓋斯定律可知，②-①得反應CH₃OH（l）+O₂（g）=CO（g）+2 H₂O（l），則△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；
（3）根據題給圖象分析可知，T₂先達到平衡則T₂＞T₁，由溫度升高反應速率增大可知T₂的反應速率大于T₁，又溫度高時平衡狀態CH₃OH的物質的量少，則說明可逆反應CO₂+3H₂?CH₃OH+H₂O向逆反應方向移動，故正反應為放熱反應，則T₁時的平衡常數比T₂時的大；
①v（CH₃OH）=

nA 2L

tA

=

nA

2tA

mol/L?min，故①錯誤；
②依據圖象分析T₂先達到平衡則T₂＞T₁，由溫度升高反應速率增大可知T₂的反應速率大于T₁，又溫度高時平衡狀態CH₃OH的物質的量少，則說明可逆反應CO₂+3H₂?CH₃OH+H₂O向逆反應方向移動，故正反應為放熱反應，故②正確；
③正反應為放熱反應，根據題給圖象分析可知，T₂先達到平衡則T₂＞T₁，升高溫度，平衡向逆反應方向移動，該反應在T₁時的平衡常數比T₂時的大，故③錯誤；
④處于A點的反應體系從T₁變到T₂，升高溫度，平衡向逆反應方向移動，達到平衡時，氫氣物質的量增大、甲醇的物質的量減小，故

n(H2)

n(CH3OH)

增大，故④正確；
故答案為：②④；
（4）由化學平衡的三段模式法計算可知，
       CO₂ （g）+3H₂（g）=CH₃OH（g）+H₂O（g）
起始    1        3          0          0
變化    a        3a         a          a
平衡    1-a      3-3a       a          a
根據相同條件下氣體的壓強之比等于物質的量之比，
則容器內的壓強與起始壓強之比為=（1-a+3-3a+a+a）：（1+3）=（2-a）：2，
故答案為：（2-a）：2．

點評：本題主要考查了燃燒熱計算、蓋斯定律、熱化學反應方程式、反應速率、化學平衡等重要知識，難度中等，注意對基礎知識的理解掌握．