Question

【題目】甲醇是重要的化工原料，又可作為燃料。工業(yè)上利用合成氣（主要成分為CO、CO2和H2）在催化劑的作用下合成甲醇，發(fā)生的主反應(yīng)如下：

①CO(g)+2H2(g)CH3OH(g) ΔH1

②CO2(g)+3H2(g)CH3OH（g）+H2O(g) ΔH＝－58 kJ/mol

③CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g) ΔH＝＋41 kJ/mol

回答下列問題：

（1）已知反應(yīng)①中相關(guān)的化學(xué)鍵鍵能數(shù)據(jù)如下：

化學(xué)鍵	H－H	C－O	C O	H－O	C－H
E/（kJ·mol-1）	436	343	1076	465	x

則x＝_________。

（2）若將lmol CO2和2mol H2充入容積為2L的恒容密閉容器中，在兩種不同溫度下發(fā)生反應(yīng)②。測得CH3OH的物質(zhì)的量隨時(shí)間的變化如圖所示。

①曲線I、Ⅱ?qū)��?yīng)的平衡常數(shù)大小關(guān)系為KI_____KⅡ(填“＞”或“＝”或“＜”)；

②一定溫度下，能判斷該反應(yīng)達(dá)到化學(xué)平衡狀態(tài)的是_____________。

a．容器中壓強(qiáng)不變 b．甲醇和水蒸氣的體積比保持不變

c．v正（H2）＝3v逆（CH3OH） d．2個(gè)C＝O斷裂的同時(shí)有6個(gè)H—H斷裂

③若5min后反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)，H2的轉(zhuǎn)化率為90%，則用CO2表示的平均反應(yīng)速率________；該溫度下的平衡常數(shù)為______；若保持容器溫度不變，下列措施可增加甲醇產(chǎn)率的________。

a．縮小反應(yīng)容器的容積 b．使用合適的催化劑

c．充入He d．按原比例再充入CO2和H2

Answer 1

【答案】413 > ac 0.06mol/（L·min） 450 ad

【解析】

(1). 已知①CO(g)+2H2(g)CH3OH(g) ΔH1

②CO2(g)+3H2(g)CH3OH（g）+H2O(g) ΔH＝－58 kJ/mol

③CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g) ΔH＝＋41 kJ/mol

根據(jù)蓋斯定律，②－③=①，則ΔH1=－58 kJ/mol－41 kJ/mol=－99kJ/mol，ΔH=反應(yīng)物的鍵能總和－生成物的鍵能總和，則ΔH1=1076 kJ·mol-1+436×2 kJ·mol-1－(3x kJ·mol-1+343 kJ·mol-1+465 kJ·mol-1)= －99 kJ·mol-1，解得x=413 kJ·mol-1，故答案為：413；

(2). ①. II達(dá)到平衡的時(shí)間小于I，說明II的反應(yīng)速率大于I，則II的溫度大于I，平衡時(shí)II中CH3OH的物質(zhì)的量小于I，說明平衡向逆反應(yīng)方向移動(dòng)，則只能是升高溫度，即溫度升高，平衡向逆反應(yīng)方向移動(dòng)，導(dǎo)致化學(xué)平衡常數(shù)減小，所以KI＞KII，故答案為：＞；

②. 反應(yīng)② CO2(g)+3H2(g)CH3OH（g）+H2O(g) ΔH＝－58 kJ/mol，該反應(yīng)為氣體體積減小的放熱反應(yīng)，

a.該反應(yīng)為反應(yīng)前后氣體體積不等的可逆反應(yīng)，相同條件下氣體物質(zhì)的量之比等于氣體壓強(qiáng)之比，容器中壓強(qiáng)不變說明反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)，故a選；

b.甲醇和水蒸氣均為生成物，二者的體積比始終保持不變，不能說明反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)，故b不選；

c.達(dá)到平衡時(shí)，用不同物質(zhì)表示的正逆反應(yīng)速率之比等于其化學(xué)方程式計(jì)量數(shù)之比，v正（H2）＝3v逆（CH3OH）說明該反應(yīng)的正逆反應(yīng)速率相等，反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)，故c選；

d.由反應(yīng)方程式可知，2個(gè)C=O斷裂的同時(shí)一定有6個(gè)H-H斷裂，不能說明反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)，故d不選，故答案為：ac；

③. 若5min后反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)，H2的轉(zhuǎn)化率為90%，則△n(H2)=2mol×90%=1.8mol，由反應(yīng)方程式可知△n(CO2)= 1.8mol÷3=0.6mol，所以用CO2表示的平均反應(yīng)速率v(CO2)= =0.06mol/（L·min）；根據(jù)平衡三段式法有：

CO2(g)+3H2(g)CH3OH（g）+H2O(g)

起始濃度 0.5 1 0 0

轉(zhuǎn)化濃度 0.3 0.9 0.3 0.3

平衡濃度 0.2 0.1 0.3 0.3

平衡常數(shù)K==450；

保持容器溫度不變，a. 縮小反應(yīng)容器的容積，壓強(qiáng)增大，平衡正向移動(dòng)，甲醇產(chǎn)率增加，故a選；

b.使用催化劑可以加快反應(yīng)速率，但平衡不移動(dòng)，甲醇的產(chǎn)率不變，故b不選；

c.恒容條件下充入He，各物質(zhì)的濃度不變，平衡不移動(dòng)，甲醇的產(chǎn)率不變，故c不選；

d. 按原比例再充入CO2和H2相當(dāng)于增大壓強(qiáng)，平衡正向移動(dòng)，甲醇的產(chǎn)率增大，故d選，則答案為：0.06mol/（L·min）；450；ad。