Question

5．煤的氣化可以減少環(huán)境污染，而且生成的CO和H₂被稱作合成氣，能合成很多基礎(chǔ)有機化工原料．
（1）工業(yè)上可利用CO生產(chǎn)乙醇：2CO（g）+4H₂（g）?CH₃CH₂OH（g）+H₂O（g）△H₁
又知：H₂O（l）═H₂O（g）△H₂
CO（g）+H₂O（g）?CO₂（g）+H₂（g）△H₃
工業(yè)上也可利用CO₂（g）與H₂（g）為原料合成乙醇：
2CO₂（g）+6H₂（g）?CH₃CH₂OH（g）+3H₂O（l）△H
則△H與△H₁、△H₂、△H₃之間的關(guān)系是△H=△H₁-3△H₂-2△H₃．
（2）一定條件下，H₂、CO在體積固定的絕熱密閉容器中發(fā)生如下反應(yīng)：4H₂（g）+2CO（g）?CH₃OCH₃（g）+H₂O（g），下列選項不能判斷該反應(yīng)達到平衡狀態(tài)的是a、b．
a．v（H₂）正=2v（CO）逆
b．平衡常數(shù)K不再隨時間而變化
c．混合氣體的密度保持不變
d．CH₃OCH₃和H₂O的體積之比不隨時間而變化
（3）工業(yè)可采用CO與H₂反應(yīng)合成再生能源甲醇，反應(yīng)：CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g），在一容積可變的密閉容器中充有10mol CO和20mol H₂，在催化劑作用下發(fā)生反應(yīng)生成甲醇，CO的平衡轉(zhuǎn)化率（α）與溫度（T）、壓強（p）的關(guān)系如圖1所示．
①合成甲醇的反應(yīng)為放熱（填“放熱”或“吸熱”）反應(yīng)．
②A、B、C三點的平衡常數(shù)KA、KB、KC的大小關(guān)系為K_A=K_B＞K_C．p₁和p₂的大小關(guān)系為P₁＜P₂．
③若達到平衡狀態(tài)A時，容器的體積為10L，則在平衡狀態(tài)B時容器的體積為2L．

（4）工業(yè)上可通過甲醇羰基化法制取甲酸甲酯，其反應(yīng)的熱化學(xué)方程式為CH₃OH（g）+CO（g）?HCOOCH₃（g）△H₂=-29.1kJ•mol^-1．科研人員對該反應(yīng)進行了研究，部分研究結(jié)果如圖2、3：
①從反應(yīng)壓強對甲醇轉(zhuǎn)化率的影響“效率”看，工業(yè)制取甲酸甲酯應(yīng)選擇的壓強是4.0×10⁶Pa（填“3.5×10⁶Pa”“4.0×10⁶Pa”或“5.0×10⁶Pa”）．
②實際工業(yè)生產(chǎn)中采用的溫度是80℃，其理由是高于80℃時，溫度對反應(yīng)速率影響較小，且反應(yīng)放熱，升高溫度時平衡逆向移動，轉(zhuǎn)化率降低．

Answer 1

分析 （1）①2CO（g）+4H₂（g）?CH₃CH₂OH（g）+H₂O（g）△H₁
②H₂O（l）?H₂O（g）△H₂
③CO（g）+H₂O（g）?CO₂（g）+H₂（g）△H₃
根據(jù)蓋斯定律，方程式①-3×②-2×③得到方程2CO₂（g）+6H₂（g）?CH₃CH₂OH（g）+3H₂O（l），據(jù)此計算△H；
（2）當(dāng)反應(yīng)達到平衡狀態(tài)時，正逆反應(yīng)速率相等，各物質(zhì)的濃度、百分含量不變，以及由此衍生的一些量也不發(fā)生變化，解題時要注意，選擇判斷的物理量，隨著反應(yīng)的進行發(fā)生變化，當(dāng)該物理量由變化到定值時，說明可逆反應(yīng)到達平衡狀態(tài)；
（3）①由圖1可知，壓強一定時，溫度越高CO的轉(zhuǎn)化率越小，說明升高溫度平衡向逆反應(yīng)方向移動；
②平衡常數(shù)與濃度、壓強無關(guān)，只與溫度有關(guān)，結(jié)合平衡移動判斷；增大壓強平衡正移，CO的轉(zhuǎn)化率增大；
③A、B兩點溫度相等，壓強不同，平衡常數(shù)相同，利用三段式計算A、B兩點平衡時各組分物質(zhì)的量，根據(jù)A點各物質(zhì)的濃度計算平衡常數(shù)，再根據(jù)平衡常數(shù)計算B點體積；
（4）①由圖可知，在4.0×10⁶Pa時轉(zhuǎn)化率相對比較大，再增大壓強，轉(zhuǎn)化率增大不多，會對設(shè)備要求較大；
②由圖可知，高于80℃時，溫度對反應(yīng)速率影響較��；且反應(yīng)放熱，升高溫度時平衡逆向移動，轉(zhuǎn)化率降低．

解答 解：（1）已知：①2CO（g）+4H₂（g）?CH₃CH₂OH（g）+H₂O（g）△H₁
②H₂O（1）═H₂O（g）△H₂
③CO（g）+H₂O（g）?CO₂（g）+H₂（g）△H₃
根據(jù)蓋斯定律，則①-②×3-③×2得2CO₂（g）+6H₂（g）?CH₃CH₂OH（g）+3H₂O，則：△H=△H₁-3△H₂-2△H₃，
故答案為：H=△H₁-3△H₂-2△H₃；
（2）a．v（H₂）正=2v（CO）逆與化學(xué)計量數(shù)對應(yīng)成比例，能說明達到平衡，故a正確；
b．平衡常數(shù)與濃度、壓強無關(guān)，只與溫度有關(guān)，溫度一定時平衡常數(shù)為定值，絕熱密閉容器中，容器中的溫度隨著反應(yīng)進行不斷變化，則平衡常數(shù)不斷變化，當(dāng)平衡常數(shù)不變時說明達到了平衡狀態(tài)，故b正確；
c．容器體積不變，混合氣體總質(zhì)量不變，混合氣體密度始終保持不變，不能說明得到平衡，故c錯誤；
d．隨著反應(yīng)的進行，CH₃OCH₃和H₂O的體積之比始終不隨時間而變化，無法說明反應(yīng)到達平衡，故d錯誤，
故答案為：a、b；
（3）①由圖1可知，壓強一定時，溫度越高CO的轉(zhuǎn)化率越小，說明升高溫度平衡向逆反應(yīng)方向移動，即正反應(yīng)為放熱反應(yīng)，故答案為：放熱；
②平衡常數(shù)與壓強無關(guān)，只與溫度有關(guān)，A、B溫度相等，則K_A=K_B，相同壓強下，溫度越高CO的轉(zhuǎn)化率越小，說明升高溫度平衡向逆反應(yīng)方向移動，則平衡常數(shù)減小，故K_B＞K_C，故K_A=K_B＞K_C；增大壓強平衡正移，CO的轉(zhuǎn)化率增大，已知P₂條件下，CO的轉(zhuǎn)化率大，則P₁＜P₂；
故答案為：K_A=K_B＞K_C； P₁＜P₂；
③A、B兩點溫度相等，壓強不同，平衡常數(shù)相同，
對應(yīng)A點，CO轉(zhuǎn)化率為0.5，參加反應(yīng)CO為10mol×0.5=5mol，
             CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）
開始（mol）：10      20          0
轉(zhuǎn)化（mol）：5       10          5
平衡（mol）：5       10          5
故T₁溫度下，平衡常數(shù)K=$\frac{\frac{5}{10}}{\frac{5}{10}×（\frac{10}{10}）^{2}}$=1
對應(yīng)B點，CO轉(zhuǎn)化率為0.8，參加反應(yīng)CO為10mol×0.8=8mol，
            CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）
開始（mol）：10      20         0
轉(zhuǎn)化（mol）：8       16         8
平衡（mol）：2        4         8
設(shè)平衡時的體積為VL，則$\frac{\frac{8}{V}}{\frac{2}{V}×（\frac{4}{V}）^{2}}$=1，解得V=2
故答案為：2；
（4）①從反應(yīng)壓強對甲醇轉(zhuǎn)化率的影響“效率“看，圖象中轉(zhuǎn)化率變化最大的是34.0×10⁶Pa，再增大壓強，轉(zhuǎn)化率增大不多，會對設(shè)備要求較大，因選擇壓強：4.0×10⁶Pa，
故答案為：4.0×10⁶Pa；
②由圖可知，溫度在高于80°C對反應(yīng)速率影響不大，反應(yīng)是放熱反應(yīng)，溫度過高，平衡逆向進行，甲醇轉(zhuǎn)化率會降低，
故答案為：高于80℃時，溫度對反應(yīng)速率影響較小，且反應(yīng)放熱，升高溫度時平衡逆向移動，轉(zhuǎn)化率降低．

點評 本題考查化學(xué)平衡常數(shù)有關(guān)計算、化學(xué)平衡圖象及影響因素、化學(xué)平衡狀態(tài)判斷、反應(yīng)熱計算，注意掌握化學(xué)平衡常數(shù)的應(yīng)用，掌握三段式計算方法，難度中等．