Question

甲醇合成反應為：CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）工業上用天然氣為原料，分為兩階段制備甲醇：
（1）制備合成氣：CH₄+H₂O（g）?CO+3H₂．為解決合成氣中H₂過量而CO不足的問題，原料氣中需添加CO₂：CO₂+H₂=CO+H₂O．為了使合成氣配比最佳，理論上原料氣中甲烷與二氧化碳體積比為

3：1

．
（2）合成甲醇：①反應過程中物質能量變化如右圖所示．寫出合成甲醇的熱化學方程式

CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）△H=-（b-a）kJ/mol

．
實驗室在1L密閉容器中進行模擬合成實驗．將1molCO和2molH₂通入容器中，分別恒溫在300℃和500℃反應，每隔一定時間測得容器中甲醇的濃度如下：（表中數據單位：mol?L^-1）

	10min	20min	30min	40min	50min	60min
300℃	0.40	0.60	0.75	0.84	0.90	0.90
500℃	0.60	0.75	0.78	0.80	0.80	0.80

②300℃時反應開始10分鐘內，H₂的平均反應速率為

0.08mol/（L?min）

．
③500℃時平衡常數K的數值為

25

．
④300℃時，將容器的容積壓縮到原來的

1

2

，在其他條件不變的情況下，對平衡體系產生的影響是

c、d

（填字母）．
a．c（H₂）減小    b．正反應速率加快，逆反應速率減慢
c．CH₃OH的物質的量增加d．重新平衡時c（H₂）/c（CH₃OH）減小．

Answer 1

分析：（1）①CH₄+H₂O（g）?CO+3H₂，②CO₂+H₂=CO+H₂O，③CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g），則①×3+②+③×4得3CH₄+CO₂+2H₂O=4CH₃OH；
（2）①由圖可知合成甲醇的反應熱△H=（a-b）kJ/mol，注明物質的狀態書寫熱化學反應方程式；
②300℃時反應開始10分鐘內，甲醇濃度為0.4mol/L，計算其反應速率，再利用速率之比等于化學計量數之比計算氫氣的反應速率；
③500℃時，CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）
開始（mol/L）  1       2          0
轉化          0.8      1.6        0.8
平衡          0.2      0.4        0.8
K=生成物濃度冪之積與反應物濃度冪之積的比；
④300℃時，將容器的容積壓縮到原來的

1

2

，壓強增大，平衡正向移動，以此分析．

解答：解：（1）①CH₄+H₂O（g）?CO+3H₂，②CO₂+H₂=CO+H₂O，③CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g），則①×3+②+③×4得3CH₄+CO₂+2H₂O=4CH₃OH，所以為了使合成氣配比最佳，理論上原料氣中甲烷與二氧化碳體積比為3：1，
故答案為：3：1；
（2）①由圖可知合成甲醇的反應熱△H=（a-b）kJ/mol，則熱化學反應方程式為CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）△H=-（b-a）kJ/mol，
故答案為：CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）△H=-（b-a）kJ/mol；
②300℃時反應開始10分鐘內，甲醇濃度為0.4mol/L，其反應速率為

0.4mol/L

10min

=0.04mol/（L?min），由速率之比等于化學計量數之比可知氫氣的反應速率為0.04mol/（L?min）×2=0.08mol/（L?min），故答案為：0.08mol/（L?min）；
③500℃時，CO（g）+2H₂（g）?CH₃OH（g）
開始（mol/L）  1       2          0
轉化          0.8      1.6        0.8
平衡          0.2      0.4        0.8
K=

0.8

0.2×(0.4)2

=25，故答案為：25；
④300℃時，將容器的容積壓縮到原來的

1

2

，壓強增大，平衡正向移動，
a．體積縮小，c（H₂）增大，故a錯誤；    
b．壓強增大，正反應速率加快，逆反應速率也加快，故b錯誤；
c．平衡正向移動，則CH₃OH的物質的量增加，故c正確；
d．平衡正向移動，氫氣的物質的量減少，甲醇的物質的量增加，則重新平衡時c（H₂）/c（CH₃OH）減小，故d正確；
故答案為：c、d．

點評：本題考查化學平衡的計算及影響因素，注重化學反應速率及化學平衡的考查，明確化學反應速率、化學平衡的影響因素是解答的關鍵，題目難度中等．