Question

20．甲醇既是重要的化工原料，又可作為燃料．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，發生的主要反應如下：
①CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）△H₁
②CO₂（g）+3H₂（g）?CH₃OH（g）+H₂O（g）△H₂
③CO₂（g）+H₂（g）?CO（g）+H₂O（g）△H₃
回答下列問題：

化學鍵	H-H	C-O	C≡O	H-O	C-H
E/（kJ．mol-1）	436	343	1076	465	413

（1）已知反應①中的相關的化學鍵鍵能數據如下：
由此計算△H₁=-99kJ．mol^-1，已知△H₂=-58kJ．mol^-1，則△H₃=+41kJ．mol^-1
（2）反應①的化學平衡常數K的表達式為$\frac{c（C{H}_{3}OH）}{c（CO）×{c}^{2}（{H}_{2}）}$；圖1中能正確反映平衡常數K隨溫度變化關系的曲線為a（填曲線標記字母），其判斷理由是反應①正反應為放熱反應，平衡常數隨溫度升高而減小．
（3）合成氣的組成n（H₂）/n（CO+CO₂）=2.60時體系中的CO平衡轉化率（a）與溫度和壓強的關系如圖2所示．a（CO）值隨溫度升高而減小（填“增大”或“減小”），其原因是反應①正反應為放熱反應，升高溫度，平衡向逆反應方向移動，平衡體系中CO的量增大，反應③為吸熱反應，升高溫度，平衡向正反應方向移動，又使平衡體系中CO的增大，總結果，隨溫度升高，CO的轉化率減小．圖2中的壓強由大到小為P₁＞P₂＞P₃，其判斷理由是相同溫度下，反應③前后氣體分子數不變，壓強改變不影響其平衡移動，反應①正反應為氣體分子數減小的反應，增大壓強，有利于平衡向正反應方向移動，CO的轉化率增大，故增大壓強有利于CO的轉化率升高

Answer 1

分析 （1）反應熱=反應物總鍵能-生成物總鍵能；根據蓋斯定律：反應②-反應①=反應③，反應熱也進行相應的計算；
（2）化學平衡常數指可逆反應得到平衡時，各生成物濃度的化學計量數次冪的乘積除以各反應物濃度的化學計量數次冪的乘積所得的比值；
化學平衡常數只受溫度影響，根據溫度對平衡移動的影響，進而判斷溫度對平衡常數影響；
（3）由圖可知，壓強一定時，隨溫度的升高，CO的轉化率降低，根據升高溫度對反應①、③的影響，進行分析CO轉化率變化原因；
相同溫度下，反應③前后氣體分子數不變，壓強改變不影響其平衡移動，反應①正反應為氣體分子式減小的反應，增大壓強，有利于平衡向正反應方向移動，CO的轉化率增大．

解答 解：（1）反應熱=反應物總鍵能-生成物總鍵能，故△H₁=1076kJ．mol^-1+2×436kJ．mol^-1-（3×413+343+465）kJ．mol^-1=-99kJ．mol^-1；
根據蓋斯定律：反應②-反應①=反應③，故△H₃=△H₂-△H₁=-58kJ．mol^-1-（-99kJ．mol^-1）=+41kJ．mol^-1，
故答案為：-99；+41；
（2）反應①CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）的平衡常數表達式K=$\frac{c（C{H}_{3}OH）}{c（CO）×{c}^{2}（{H}_{2}）}$；
反應①正反應為放熱反應，升高溫度，平衡向逆反應方向移動，平衡常數減小，曲線a正確反映平衡常數K隨溫度變化關系，
故答案為：$\frac{c（C{H}_{3}OH）}{c（CO）×{c}^{2}（{H}_{2}）}$；a；反應①正反應為放熱反應，平衡常數隨溫度升高而減小；
（3）由圖可知，壓強一定時，隨溫度的升高，CO的轉化率減小，反應①正反應為放熱反應，升高溫度，平衡向逆反應方向移動，平衡體系中CO的量增大，反應③為吸熱反應，升高溫度，平衡向正反應方向移動，又使平衡體系中CO的增大，總結果，隨溫度升高，CO的轉化率減小；
相同溫度下，反應③前后氣體分子數不變，壓強改變不影響其平衡移動，反應①正反應為氣體分子數減小的反應，增大壓強，有利于平衡向正反應方向移動，CO的轉化率增大，故增大壓強有利于CO的轉化率升高，故壓強：P₁＞P₂＞P₃，
故答案為：減小；反應①正反應為放熱反應，升高溫度，平衡向逆反應方向移動，平衡體系中CO的量增大，反應③為吸熱反應，升高溫度，平衡向正反應方向移動，又使平衡體系中CO的增大，總結果，隨溫度升高，CO的轉化率減小；
P₁＞P₂＞P₃；相同溫度下，反應③前后氣體分子數不變，壓強改變不影響其平衡移動，反應①正反應為氣體分子數減小的反應，增大壓強，有利于平衡向正反應方向移動，CO的轉化率增大，故增大壓強有利于CO的轉化率升高．

點評 本題考查反應熱有關計算、平衡常數及其影響因素、化學平衡的影響因素、化學平衡圖象綜合應用等，側重考查學生分析計算能力，需要學生具備扎實的基礎，難度中等．