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) △H1

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

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

回答下列問題:

(1)已知反應(yīng)①中的相關(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)	a	b	c	d	x

則x=______。（用含表中字母的代數(shù)式表示）

(2)若將lmolCO2和2molH2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C=O斷裂的同時有3個H-H形成

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)速率為_____，該溫度下的平衡常數(shù)為_____，若容器容積不變，下列措施可增加甲醇產(chǎn)率的是____。

a.升高溫度 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】 1/3(2a+c-b-d)+33 > a，c，d 0.06mol/(L·min) 450 d

【解析】(1)根據(jù)蓋斯定律有：方程①=方程②-方程③，所以△H1=-58kJ/mol-（+41kJ/mol）=-99 kJ/mol

），又△H1=反應(yīng)物的總鍵能-生成物的總鍵能=（c+2a）-(3x+b+d)，所以x= 1/3(2a+c-b-d)+33。

(2) ①、曲線Ⅱ先達(dá)到平衡，所以Ⅱ?qū)��?yīng)的溫度比Ⅰ的溫度高，對于反應(yīng)CO2(g)+3H2(g) CH3OH(g)+H2O(g) △H=-58KJ/mol來說，降溫平衡正向移動，平衡常數(shù)增大，即KⅠ>KⅡ。

②、該反應(yīng)中氣體分子個數(shù)前后發(fā)生變化，容器中壓強不變，說明氣體的分子個數(shù)不再變化，可以說明反應(yīng)已達(dá)平衡，a正確；如果開始投入的起始原料只有反應(yīng)物或只有生成物且按化學(xué)計量數(shù)投料，則反應(yīng)中甲醇和水蒸氣的體積比始終是一個定值，無法說明反應(yīng)是否平衡，b錯誤；v逆(H2)=3v逆(CH3OH)，若反應(yīng)已達(dá)平衡則有v正(H2)= v逆(H2)，所以v正(H2)=3v逆(CH3OH)可說明反應(yīng)已達(dá)平衡，c正確；2個C=O斷裂的同時有3個H-H形成，兩個速率方向相反，且符合化學(xué)計量數(shù)之比，可以說明已達(dá)平衡，d正確。故能判斷該反應(yīng)達(dá)到化學(xué)平衡狀態(tài)的是a，c，d。

③、5min時v(H2)=2mol×0.9÷2L÷5min=0.18 mol/(L·min)，所以v(CO2)= v(H2)/3=0.06 mol/(L·min)。利用三段模式方法計算得到平衡時CO2、H2、CH3OH、H2O的濃度分別為：0.2mol/L、0.1mol/L、0.3mol/L、0.3mol/L，所以K=(0.3×0.3)/(0.2×0.13)=450。升溫，平衡逆向移動，甲醇產(chǎn)率降低；催化劑不影響平衡的移動，對甲醇的產(chǎn)率無影響；恒容條件下充入He，反應(yīng)體系中各物質(zhì)的濃度不變，平衡不移動，對甲醇的產(chǎn)率無影響；按原比例再充入CO2和H2，相當(dāng)于在等效平衡的基礎(chǔ)上增壓，平衡正向移動，甲醇的產(chǎn)率增大，故選答案d。