6.能源問題是人類社會面臨的重大課題,甲醇是未來重要的綠色能源之一.

(1)利用工業(yè)廢氣CO2可制取甲醇,已知常溫常壓下下列反應(yīng)的能量關(guān)系如圖1:則CO2與H2反應(yīng)生成液態(tài)CH3OH的熱化學方程式為CO2(g)+3H2(g)=CH3OH(l)+H2O(l)△H=-50KJ/mol.
(2)CH4和H2O(g)通過下列轉(zhuǎn)化也可以制得CH3OH:
I.CH4(g)+H2O(g)?CO(g)+3H2(g);△H1>0
Ⅱ.CO(g)+2H2(g)?CH3OH(g);△H2<0
將1.0molCH4和3.0molH2O(g)通入反應(yīng)室(容積為100L)中,在一定條件下發(fā)生反應(yīng)I,CH4的轉(zhuǎn)化率與溫度、壓強的關(guān)系如圖2所示.
①圖中的p1<p2(填“<”、“>”或“=”),判斷的理由是該反應(yīng)正方向為體積增大的方向,相同溫度下,壓強越大甲烷的轉(zhuǎn)化率減小,P2 的轉(zhuǎn)化率比P1小,說明P2<P1
②若反應(yīng)Ⅱ在恒容密閉容器進行,下列能判斷反應(yīng)Ⅱ達到平衡狀態(tài)的是cd(填序號).
a.生成CH3OH的速率與消耗CO的速率相等        b.混合氣體的密度不變
c.混合氣體的總物質(zhì)的量不變       d.CH3OH、CO、H2的濃度都不再發(fā)生變化
③在某溫度下,將一定量的CO和H2投入10L的密閉容器中發(fā)生反應(yīng)II,5min時達到平衡,各物質(zhì)的物質(zhì)的濃度(mol•L-1)變化如下表所示:
2min5min10min
CO0.070.060.05
H20.140.120.20
CH3OH0.030.040.05
若5min時只改變了某一條件,則所改變的條件是加了1mol氫氣.

分析 (1)根據(jù)圖1中能量變化寫出反應(yīng)的熱化學方程式,然后根據(jù)蓋斯定律寫出由二氧化碳和氫氣制備甲醇的熱化學方程式;
(2)T1℃時達到平衡時,甲烷轉(zhuǎn)化率為50%,結(jié)合化學平衡三段式列式計算平衡時各組分的物質(zhì)的量;
①該反應(yīng)正方向為體積增大的方向,增大壓強,甲烷的轉(zhuǎn)化率減。
②可逆反應(yīng)達到平衡狀態(tài)時,正逆反應(yīng)速率相等,反應(yīng)體系中各物質(zhì)物質(zhì)的量不變、物質(zhì)的量濃度不變、百分含量不變以及由此引起的一系列物理量不變,據(jù)此分析解答;
③根據(jù)5min和10min時各物質(zhì)濃度的變化來確定改變條件,反應(yīng)達到平衡時,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,c(CO)減小,c(H2)增大,c(CH3OH)增大,則平衡向正反應(yīng)方向移動,但氫氣濃度增大,所以改變的物理量是增大了氫氣的濃度.

解答 解:(1)圖1中的熱化學方程式為①CO(g)+H2O(l)=CO2(g)+H2(g)△H=-41kJ/mol,
②CO(g)+2H2(g)=CH3OH(l)△H=-(510-419)kJ/mol=-91KJ/mol,
依據(jù)蓋斯定律②-①得:二氧化碳和氫氣制備甲醇的熱化學方程式:CO2(g)+3H2(g)=CH3OH(l)+H2O(l)△H=-50KJ/mol;
故答案為:CO2(g)+3H2(g)=CH3OH(l)+H2O(l)△H=-50KJ/mol;
(2)①該反應(yīng)正方向為體積增大的方向,相同溫度下,增大壓強,甲烷的轉(zhuǎn)化率減小,由圖可知,相同溫度下,P2 的轉(zhuǎn)化率比P1小,說明P2<P1;
故答案為:<;該反應(yīng)正方向為體積增大的方向,相同溫度下,壓強越大甲烷的轉(zhuǎn)化率減小,P2 的轉(zhuǎn)化率比P1小,說明P2<P1;
②a.生成CH3OH的速率與消耗CO的速率均為正反應(yīng)速率,不能判斷平衡狀態(tài),故錯誤;
b.混合氣體的體積始終保持不變,質(zhì)量守恒,所以混合氣體的密度始終不變,所以不能判斷平衡狀態(tài),故錯誤;
c.該反應(yīng)為氣體的物質(zhì)的量減少的反應(yīng),混合氣體的總物質(zhì)的量不變,說明反應(yīng)達到平衡狀態(tài),故正確;
d.CH3OH、CO、H2的濃度都不再發(fā)生變化,說明反應(yīng)達到平衡狀態(tài),故正確;
故答案為:cd;
③反應(yīng)達到平衡時,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,c(CO)減小,c(H2)增大,c(CH3OH)增大,則平衡向正反應(yīng)方向移動,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,則加入的氫氣的物質(zhì)的量為10L×0.1mol/L=1mol,
故答案為:加了1 mol氫氣.

點評 本題考查了化學平衡移動原理、蓋斯定律等知識點,注意把握化學平衡移動的分析和判斷,要結(jié)合濃度該變量來確定改變條件,難度中等.

練習冊系列答案
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合成反應(yīng):
在圓底燒瓶中加入0.4g(0.0029mol)對氨基苯甲酸和0.082mol乙醇,振蕩溶解,將燒瓶置于冰水浴并加入0.22mL濃硫酸(0.004mol),將反應(yīng)混合物在水浴上加熱回流1h,并不時振蕩.
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