Question

17．甲醇是新型的汽車動力燃料．工業上可通過H₂和CO化合制備甲醇，該反應的熱化學方程式為：2H₂（g）+CO（g）?CH₃OH（g）△H₁=-116kJ•mol^-1
（1）已知：CO（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）=CO₂（g）△H₂=-283kJ•mol^-1H₂（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）=H₂O（g）△H₃=-242kJ•mol^-1    1mol甲醇氣體完全燃燒生成CO₂和水蒸氣的熱化學方程式為CH₃OH（g）+$\frac{3}{2}$O₂（g）=CO₂（g）+2H₂O（g）△H=-651kJ•mol^-1．
（2）下列措施中有利于提高2H₂（g）+CO（g）?CH₃OH（g）反應速率的是BD（雙選）．
A．分離出CH₃OH    B．升高溫度    C．減小壓強    D．加入合適的催化劑
（3）用H₂和CO化合制備甲醇的反應中，若反應的容積為1L的恒容容器，分別在230℃、250℃和270℃下，改變H₂和CO的起始組成比（起始時CO的物質的量固定為1mol）進行實驗，結果如圖所示（圖中曲線上的點都為一定溫度下、一定組成下的平衡點）：

①曲線X對應的溫度是230℃．
②從圖中可以得出的結論有溫度越高，CO的轉化率越低或n（H₂）：n（CO）越低，CO的轉化率越大．（寫一條）
（4）若往反應的容積中加入1.5molH₂HE 1.0moCO，在曲線Z對應溫度下反應達平衡．利用上述圖中a點對應的CO平衡轉化率，計算2H₂（g）+CO（g）?CH₃OH （g）的平衡常數（寫出計算過程）．

Answer 1

分析 （1）根據反應①CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）；△H₁=-116kJ•mol^-1，
②CO（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）═CO₂（g）△H₂=-283kJ•mol^-1，
③H₂（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）═H₂O（g）△H₃=-242kJ•mol^-1，
根據蓋斯定律：②+③×2-①得到所需熱化學方程式和焓變；
（2）提高反應速率可增大濃度、壓強、溫度或加入催化劑；
（3）①正反應放熱，則升高溫度CO的轉化率降低；
②由圖可知，溫度越高，CO的轉化率越低，CO和 H₂的起始組成比越小，CO的轉化率越大；
（4）計算出平衡時各物質的濃度，結合K=$\frac{c（C{H}_{3}OH）}{c（CO）{c}^{2}（{H}_{2}）}$計算．

解答 解：（1）根據反應①CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）；△H₁=-116kJ•mol^-1，
②CO（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）═CO₂（g）△H₂=-283kJ•mol^-1，
③H₂（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）═H₂O（g）△H₃=-242kJ•mol^-1，
根據蓋斯定律：②+③×2-①得：CH₃OH（g）+$\frac{3}{2}$O₂（g）=CO₂（g）+2H₂O（g）△H=-651kJ•mol^-1，
故答案是：CH₃OH（g）+$\frac{3}{2}$O₂（g）=CO₂（g）+2H₂O（g）△H=-651kJ•mol^-1；
（2）提高反應速率可增大濃度、壓強、溫度或加入催化劑，則B、D正確，而移去部分CH₃OH、減小壓強可減小反應速率，故答案為：BD；
（3）①根據該反應為放熱反應，溫度越高CO的轉化率越小，所以曲線X為230℃，故答案為：230℃；
②由圖可知，溫度越高，CO的轉化率越低，CO和 H₂的起始組成比越小，CO的轉化率越大，
故答案為：溫度越高，CO的轉化率越低或n（H₂）：n（CO）越低，CO的轉化率越大；
（4）由圖象可知a點對應CO的轉化率為50%，n（H₂）：n（CO）=1.5，則
                         CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH （g）
起始（mol/L）     1           1.5                 0
轉化（mol/L）   0.5            1                0.5
平衡（mol/L）  0.5           0.5               0.5
K=$\frac{c（C{H}_{3}OH）}{c（CO）{c}^{2}（{H}_{2}）}$=$\frac{0.5}{0.5×0．{5}^{2}}$=4.00，
答：2H₂（g）+CO（g）?CH₃OH （g）的平衡常數為4.00．

點評 本題考查化學平衡問題，側重于學生的分析和計算能力的考查，為高考常見題型和高頻考點，注意把握圖象曲線的變化趨勢，把握平衡常數的計算方法，題目難度中等．